沈岩柏 李国栋 郝福来 周鹏飞 赵思凯

（东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110819）

目前矿业开采已经向地球深部进军，深部开采在为人类带来更多可以利用的矿产资源的同时，也面临着更加复杂的工作环境，使生产的风险性大大增加。由于矿业生产具有规模大、员工多、生产环境差等特点，若发生矿山事故往往导致严重的财产损失和人员伤亡。长期以来，瓦斯爆炸是困扰采矿业的一项难题。瓦斯气体的主要成分为烷烃，以CH4为主，易发生燃烧或爆炸，因此能对CH4气体进行精准监测和防控是矿业安全的一项重要工作。气体传感器可以快速准确地检测目标气体的种类及浓度，因而被广泛应用在矿山、能源、疾病检测、爆炸物检测等领域。其中，半导体式气体传感器因具有响应快、灵敏度高、性能稳定、结构简单、成本低等特点，获得了广泛的研究及应用。矿业有毒有害气体主要包括CH4、H2S、NOx、SO2、CO、H2等，而半导体式气体传感器可以快速检测这些有毒有害气体的种类及浓度，避免安全事故的发生，保护人们的生命财产安全。因此，高性能半导体式气体传感器的研究和推广对矿业安全生产至关重要。

1 半导体式矿业安全用气体传感器的传感机制及气敏机理

1.1 气体传感器的分类

气体传感器是一种能够检测目标气体的种类及浓度，并将其以电信号进行输出的器件。气体传感器的分类方式较多，按照气体传感器的传感机理差异，可将气体传感器分为半导体式、电化学式、接触燃烧式、光学式、谐振式等（图 1）［1］。……