目前市场上主流硫化氢传感材料主要是半导体氧化物材料，这些材料与常见矿用硫化氢传感器响应和恢复性不足，不能完全满足目前硫化氢气体可能泄露作业场所安全的需求，给安全预警和灾难救援造成延迟。无法满足矿井、石油、天然气、化工领域行业巨大的需求，无法进行精准的环境气体监测。因此研发出对硫化氢气体超快响应的气体传感器对工业产业安全、高效进行，大气环境监测具有重要意义。

本项目开发出了数种新型钙钛矿纳米颗粒气敏材料钛酸锂镧（Li0.5La0.5TiO3，LLTO）体系，产品对硫化氢(H2S)气体的响应性能均超过现有材料水平，满足工业市场以及环境监测领域的需求，具有巨大的社会和经济效益。本项目面向能源产业新材料行业，符合国家、省市战略发展规划，促进相关产业可持续绿色发展，对于促进煤矿、化工企业安全检测系统行业整体技术升级，提振行业信心有重要意义。

图：团队成员与指导教师实验室合影

项目伊始，来自郑州大学材料科学与工程学院等的10余位学生自2021年起组成研究团队，立志研发出能够对硫化氢气体实现高灵敏超快响应的传感器材料。3年的时间，团队成员攻坚克难，开发出了数种新型钙钛矿纳米颗粒气敏材料钛酸锂镧体系，产品对硫化氢气体的响应性能均超过现有材料水平，填补了国内外超快响应气敏材料的空白；采用工艺简单的溶剂热合成法按照一定的配比制备材料，且采用的原料价格低廉，无毒无害，环境友好，符合绿色发展理念。

科研团队受启发于钙钛矿结构材料钙铜钛氧在硫化氢传感器上有不错的响应效果 ，所以也利用 n 型半导体钙钛矿结构材料 LLTO，并 通过调节工艺做出多孔结构的纳米微球的特定形貌。本项目为研发高灵敏度，快速响应的气敏材料并将此集成为可直接应用于市场的传感器经过不断实验和 改性。可实验中主要攻坚晶型控制和材料形貌控制。通过调配原料配比，得到一种特定的立方型的钙钛矿结构材料 LLTO （LiosLao.sTiOs）；通过对水热时间和温度、烧结时间和温度的调节，形成一套成熟的生产工艺，得到了一种特定的多孔微球纳米颗粒材料。团队据此还深入分析了材料响应机理，通过不断表征实验结果和工艺优化，首次提出并证实一种基于 x-y 平面定点吸附的快速响应机理。将材料应用于传感器系统设计时，又完善了气敏浆料的配制工艺、管芯涂敷工艺，确保气敏材料性能的充分释放，通过大量的气敏响应测试实验，得到对具有快速响应的优异性能，并进行传感器的系统研究，信号集成做成特定的报警系统，并在平煤神马集团的下属煤矿得到了非常好的应用效果。

图：产品实物图

如今产品已经更迭至第二代，我们通过在第一代产品的基础上，进一步对LLTO 进行了ZnO 和In2O3等的掺杂改性，达到了最佳综合气敏性能，使得其比纯 LLTO 传感器的起始工作温度下降了 150°C，最佳工作温度下降了 180°C，响应值提高了28.5倍。经过2代升级后的硫化氢传感器具有基于广泛的材料数据库资源，实现性能与环境效益协同优化;智能化采集瓦斯信息，与传输手段有效配合;系统安全分析预警，实现硫化氢灾害在线监测、超前提醒、实时预报和趋势把握等智能化。

目前，团队设计的钛酸锂镧超快速硫化氢安全检测系统已实际试应用于应用于平煤、郑煤等矿山集团，与日立信等企业达成深度合作，客户反馈产品可以对硫化氢气体浓度及时检测，以防在气体泄漏时及时报警，及时撤离现场，从而避免安全事故的发生，具有极高的应用价值，目前该团队已获得第十六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛国家级二等奖、中国国际大学生创新大赛国家级铜奖等荣誉。

图:团队成员挑战杯合影

在未来，团队将立足于国家大学科技园等大学生创业扶持基地，力争成为国内一流的易燃易爆危险气体传感器材料供应商，为安全生产保驾护航，促新质生产行稳致远。

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