褚繼峰，電氣學(xué)院助理教授，2022年加入西安交通大學(xué)電氣學(xué)院，主要研究方向?yàn)殡娏π嵊X傳感芯片與智能診斷系統(tǒng)，2025年入選西安交通大學(xué)“十大學(xué)術(shù)新人”。
學(xué)術(shù)萌芽：從生活安全到電力安全
“酒精檢測(cè)能預(yù)防交通事故，類似原理的傳感器能否守護(hù)電力設(shè)備的安全？”這個(gè)簡(jiǎn)單的想法，成為褚繼峰探索電力嗅覺傳感技術(shù)的起點(diǎn)。2016年，褚繼峰進(jìn)入西安交通大學(xué)攻讀博士學(xué)位，在導(dǎo)師榮命哲教授指導(dǎo)下，開展GIS內(nèi)部SF6氣體分解產(chǎn)物傳感原理與檢測(cè)方法研究。
氣體傳感器在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用遠(yuǎn)比我們想象的廣泛，廚房里的燃?xì)鈭?bào)警器、工廠中的有毒氣體監(jiān)測(cè)儀、航天器的環(huán)境控制系統(tǒng)都依賴這項(xiàng)技術(shù)的守護(hù)。在電力行業(yè)，六氟化硫（SF6）作為氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（GIS）內(nèi)部重要的氣體絕緣介質(zhì)，其在設(shè)備放電、過熱作用下會(huì)分解出一系列特征氣體，如SO2、H2S和CO等。通過檢測(cè)這些特征氣體，可以診斷高壓電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)?！皞鹘y(tǒng)檢測(cè)手段就像給電力設(shè)備做‘體檢’，而我們要開發(fā)的是實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。”褚繼峰解釋道。相比需要取樣的氣相色譜法、易受電磁干擾的特高頻檢測(cè)法，氣體分析法具有持續(xù)監(jiān)測(cè)、抗干擾性強(qiáng)、故障特征存留時(shí)間長(zhǎng)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
褚繼峰的科研主攻方向是電力嗅覺傳感芯片與智能診斷系統(tǒng)，該方向交叉融合了電氣工程、材料科學(xué)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)脈絡(luò)。在電氣工程框架下，重點(diǎn)需要攻克電力嗅覺傳感器專用傳感材料、微型敏感結(jié)構(gòu)和智能傳感系統(tǒng)等核心難題。褚繼峰不畏艱難、迎難而上，堅(jiān)持投入充足的科研時(shí)間，“方向找對(duì)了，接下來就是投入足夠的時(shí)間與實(shí)踐，只有不懈努力，才能摘取勝利果實(shí)”。
科研攻堅(jiān)：打破國(guó)外技術(shù)壟斷的自主創(chuàng)新
“高性能、微體積、低功耗的氣體傳感器芯片從材料合成制備到器件設(shè)計(jì)封裝均被國(guó)外壟斷，已成為國(guó)內(nèi)氣體傳感領(lǐng)域的‘卡脖子’難題?！瘪依^峰介紹道。面對(duì)GIS內(nèi)部SF6氣體分解產(chǎn)物檢測(cè)難題，傳統(tǒng)金屬氧化物半導(dǎo)體材料選擇性差、靈敏度低。團(tuán)隊(duì)通過微觀形貌調(diào)控和金屬有機(jī)框架（MOF）異質(zhì)結(jié)摻雜技術(shù)，顯著改善了材料在無氧條件下對(duì)SF6分解產(chǎn)物的靈敏度和響應(yīng)時(shí)間。褚繼峰基于MEMS工藝設(shè)計(jì)了微體積、低功耗、高檢測(cè)限的硅基傳感陣列，可區(qū)分不同放電類型、不同功率下的SF6氣體放電故障，證明了傳感陣列在GIS設(shè)備故障診斷領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，并獲評(píng)了2024年陜西省優(yōu)秀博士畢業(yè)論文?！安煌趥鹘y(tǒng)的氣相色譜、紅外光譜方法，我們所研制的氣體傳感器體積很小且成本極低，可以嵌入GIS設(shè)備內(nèi)部工作，而且可以在線監(jiān)測(cè)。”
目前，褚繼峰與平高集團(tuán)、山東泰開、長(zhǎng)江電力、樂研電氣等企業(yè)開展科研項(xiàng)目合作，現(xiàn)已開發(fā)了可植入GIS設(shè)備內(nèi)部在線運(yùn)行的SF6分解產(chǎn)物傳感器裝置，并在山東、云南等地進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用?！拔业难芯砍晒梢月涞剞D(zhuǎn)化，顯著降低電力運(yùn)維人員的工作量，我感覺非常自豪。”
新型電力系統(tǒng)并網(wǎng)了大量新能源，是國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的重要支撐。預(yù)計(jì)到2025年，全球鋰離子電池裝機(jī)容量將達(dá)到800GWh。然而，鋰電池儲(chǔ)能安全問題頻發(fā)，亟需研究除電壓、溫度之外的新型預(yù)警手段，氣體傳感器在儲(chǔ)能鋰離子電池?zé)崾Э仡I(lǐng)域嶄露頭角?！巴ㄟ^調(diào)研文獻(xiàn)和開展試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)鋰電池在熱失控早期會(huì)釋放出電解液蒸汽，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注的H2、CH4等氣體也是電解液化學(xué)反應(yīng)分解的產(chǎn)物，這啟發(fā)了我們開發(fā)電解液蒸汽傳感器?！瘪依^峰解釋道。通過開發(fā)電解液+氫氣”復(fù)合傳感器模組，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱失控早期逸出氣體特征成分的準(zhǔn)確檢測(cè)，揭榜了華為公司數(shù)字能源難題。此外，褚繼峰還將電力嗅覺技術(shù)推廣應(yīng)用到變壓器油氣檢測(cè)、電纜過熱檢測(cè)等領(lǐng)域。“氣體傳感器本質(zhì)上是一個(gè)很簡(jiǎn)單的元件，但就是這樣的一個(gè)元件，在電氣工程這個(gè)學(xué)科里就有如此多的應(yīng)用場(chǎng)景。由此可見，學(xué)科海洋是那么的廣闊，還有許多問題值得我們來思考?！?
學(xué)術(shù)傳承：西遷精神指引下的科技報(bào)國(guó)
