國內自主研發氣體感測器晶片模組 實現智慧城市

透過太陽光可長時間監測空氣品質

空氣汙染近年成為民眾關切議題,政府積極建置監測站量測空氣品質,但傳統監測站龐大,且成本高昂,分析空氣樣本有限,因此有廠商開發出氣體感測技術,不僅縮小體積,也提升靈敏度,成為目前空氣品質監測的主流。

然而,台灣目前雖然有製造空氣感測系統的廠商,但感測器的關鍵元件,完全都是國外進口,國內沒有可以自產感測器關鍵元件的廠商。

此外,現有的空氣感測器,所使用的感測原理有三種,一是「電化學」,雖然準確度高,但體積龐大;第二種是紅外光,缺點是靈敏度較低,感測極限只有ppb(百萬分之一)的濃度;第三種則是半導體金屬氧化物,雖然具備前述兩種感測原理的優點,但相當耗能。

高出10倍以上偵測能力 氣體偵測模組連結工業4.0

此外,這些氣體感測器也缺乏升級所需的處理能力、連接性和安全性,無法執行自我診斷與報告常式,而這些對於現代物聯網(IoT)和工業物聯網(IIoT)應用是非常重要的關鍵功能。

發現了這個痛點後,國立清華大學材料工程學系教授闕郁倫透過法人鏈結計畫協助,在工研院加值下,自主開發國內第一個氣體感測晶片,整合無線傳輸電路與光能自供電系統「自供電氣體感測模組」,該模組具備微型化、低功耗、高靈敏度,也就是解析度達ppb(十億分之一)等級,比市售產品偵測極限高10倍以上的氣體偵測模組,能滿足AIOT即時與長時間監測的需求。

闕郁倫表示,此技術經過工研院加值,在製程方面優化,可依照感測器所需的驅動電壓與功率,設計出低照度光能電池,可調整電池最佳化的面積設計與發電效率,即便沒有太陽光,光靠室內光源就可以驅動。

此外,工研院也協助整合感測晶片與無線傳輸模組,自供電系統及後端電路設計,產出氣體感測雛型品,並協助測試產品靈敏度與精確度的驗證,為團隊提供非常大的幫助。

工研院表示,此氣體感測晶片不僅可以用於空氣品質監測,包含未來汽車可能會加上酒精鎖,或者化石燃料、氮氧化物的監測,都可以派上用場,因此像是火力發電廠、焚化爐,煉鋼廠或化工廠等,都是可以應用的場域。

看好感測模組應用場域廣 籌備量產市場化

此外,這套晶片內建網路模組,可使此系統直接連網,相關數據也可即時傳送到相關單位,達成台灣發展智慧城市的目標。而經過工研院綠能所加值,開發出自供電系統後,只要透過太陽能,這套系統就可以自行運作,無須換電池,目前已獲得台灣最大氣體感測廠佳銓電子採用,抽換試用國內自主研發感測模組。

工研院表示,透過科技部法人鏈結計畫輔導後,已促成半導體廠商與電子製造業在二維感測材料與元件共同合作開發的產學合作,為清華大學帶來400萬元收入。且這套感測系統今年已申請量產,正開發雛型品中,若能順利商品化,將可實現「進口替代」,台灣廠商不必假手外人,有自主研發氣體感測系統的能力。

空氣品質法人鏈結清華大學IACE產學最前線空污監測