湖北科技奖拟提名公示材料

2019年湖北省科技奖拟提名公示材料
一、项目名称：氧化锆基材料及宽域氧传感器关键技术开发及产业化
二、提名者及提名意见
提名者：湖北省教育厅
提名意见：该项目针对氧化锆基础材料研究薄弱，汽车电喷系统升级，基于氧化锆材料的氧传感器由管式到片式浓差型再到宽域型发展，而国内车用宽域氧传感器主要依靠进口等问题，开发出系列宽域氧传感器产品以及高性能滑板锆环等产品，形成三大创新性成果：拓宽尾气空燃比值测量范围的扩散障制备以及氧化锆基础材料制备技术；优化加热效率以及芯片内阻和热应力分布的加热单元设计技术；改善扩散通道进气方式的芯片设计技术。

项目获授权专利15项，发表学术论文20 篇，形成了具有我国自主知识产权的高精度宽域氧传感器系列产品技术。

成果在武汉锆元传感技术有限公司、武汉天榜氧传感器有限公司、镇江能斯特汽车科技有限公司、江苏莱鼎电子有限公司等企业应用，取得了显著的经济和社会效益，为机动车尾气排放控制和宽域氧传感器国产化提供了强有力保障和宝贵的技术积累。

提名该项目为湖北省科学技术进步一等奖。

三、项目简介：
项目属于材料冶金与汽车电子交叉技术领域。

我国氧化锆系列基础材料研究薄弱，应用研究也十分落后，近年来随着环保要求越来越高，特别是机动车尾气排放控制标准越来越严，基于氧化锆材料的氧传感器和升级换代的宽域氧传感器发展十分迅速，目前主要还是进口产品占垄断地位，发展中存在的主要问题：1）氧化锆及其复合掺杂体系基础材料研究不足，其成型制备工艺以及各个功能层的性能匹配缺乏系统周密的研究；2）产品稳定性不足，特别是加热单元功能层的设计和制作细节控制存在考虑问题单一，顾此失彼的设计和制作缺陷；3）产品主要特征与德国BOSCH同类产品趋同，缺乏创新设计以规避专利纠纷风险。

针对上述问题，项目开展氧化锆基础材料以及相关制备工艺、材料匹配技术研究，开展产品功能单元设计研究及试验验证，开发出复合氧化锆基础材料制备工艺、氧化锆基功能器件设计与制备系列技术和宽域氧传感器以及高性能滑板锆环等系列产品，形成如下创新性成果：
（1）拓宽尾气空燃比值测量范围的扩散障制备以及氧化锆基础材料制备技术：开展复合氧化锆系列材料基础研究，对于复合氧化锆掺杂氧化镁、氧化钙、氧化钇等材料系列的性能特征进行了比较完备的研究，对于氧化锆材料的应用匹配进行了比较周密的研究，针对实际应用宽域氧传感器所需要的测量范围，优化扩散障的制备工艺，所制备的宽域氧传感器产品达到和成果德国BOSCH的性能指标。

（2）优化加热效率以及芯片内阻和热应力分布的加热单元设计技术：
开展宽域氧传感器加热单元中相关材料导热导电性以及匹配性研究，分析比较贵金属铂、石墨烯、导电银浆等的相关性能和试验验证，实现了优化设计的效果，产品稳定性和使用性能指标处于国内领先水平。

（3）改善扩散通道进气方式的芯片设计技术：
独创性的设计出宽域氧传感器扩散通道的侧面进气模式，有效规避了德国BOSCH的专利技术，并在极限电流平台的实现方式，针对不同车型使用要求的参数配置等方面实现了完美的吻合，用户反馈良好。

项目获授权发明专利15项，发表论文20篇，形成了具有我国自主知识产权的宽域氧传感器等氧化锆系列产品应用技术。

成果在汽车尾气排放控制和冶金等领域应用，近三年创造经济效益5亿元。

项目开发的宽域氧传感器制备以及氧化锆基础材料制备等关键技术应用与推广，为汽车行业高技术国产化、冶金领域氧化锆系列产品应用提供了有力保障。

四、代表性论文专著目录：
[1]彭梓,谢光远,石亮,黄海琴. 含Pt保护层对氧传感器性能的影响研究. 仪表技术与传感器. 2013(3):93-96.
[2]黄海琴,谢光远,王杏,尹亮亮,彭梓. ZrO2基电化学Nox传感器非活化电极浆料的研究. 武汉科技大学学报2012.1:41-44.
[3]石亮,谢光远,高运明,黄海琴.凝胶注模制备氧化锆工艺研究.武汉科技大学学报.2013.05/36.366-369.
[4] Haiqin Huang, Guangyuan Xie, Yunming Gao , Yingjun Pan.Influence of three diffusion paths on the pump signal in ZrO2-based Nox sensor.Advanced Materials Research V ols. 476-478 (2012) pp 2181-2187(SCI).
[5]张子豪, 谢光远, 张舟, 陈影. 氧化锆与氧化铝双层结构及梯度材料配合的有限元分析.材料科学.V ol.6 No.6 2016
[6]陈影, 谢光远, 张舟, 张子豪.手机背板用氧化锆陶瓷流延片烧结工艺研究.材料科学.V ol.6 No.6 2016.
[7]赵芃，谢光远，张舟，氧化锆PV A-水基流延成型工艺研究.硅酸盐通报，2016，No.6
[8]谢光远,陈潜,高玉,刘虎.钢水定氧半电池电极粉的预处理工艺研究.武汉科技大学学报2012.1:5-9.
[9]谢光远,高玉,陈潜,黄海琴,刘虎. 氧化锆基NOx传感器扩散障研究.武汉科技大学学报2012.2:102-106.
[10]吴丹丹,谢光远,黄海琴,李毅.平板式Zr02氧传感器叠压工艺的研究. 武汉科技大学学报 2008,31:583-586.
[11]黄海琴,谢光远,吴丹丹,张天超.平板式汽车Zr02氧传感器保护层研究.武汉科技大学学报 2009,32:73-79.
[12]谢光远，曾艳，吴丹丹. 钢水测氧过程锆管温度场的有限元分析. 武汉科技大学学报.2008,31:320-323.
[13]谢光远,陈潜,高玉,刘虎. 钢水定氧半电池电极粉的预处理工艺研究.武汉科技大学学报. 2012,35(1):5-9.
五、主要知识产权证明目录：
[1]谢光远、石亮, 等.一种车用传感器外电极保护层制备方法：ZL201310606853.5 武汉锆元传感.
[2]谢光远黄海琴，一种用于制备流延片的分散剂及其运用；201410233040.0；镇江能斯特.
[3]赵芃谢光远甘章华，一种片式氧传感器芯片的制备方法；201610139188.7；武汉科技大学.
[4] 赵芃谢光远甘章华，一种片式宽域汽车氧传感器芯片结构. 201620248681.8；武汉科技大学
[5]张舟谢光远甘章华，一种双加热片式宽域氧传感器芯片结构，201620476022.X；武汉科技大学.
[6]张舟谢光远甘章华，一种外加热片式氧传感器芯片结构；201620474383.0；武汉科技大学.
[7]顾华志，付绿平，黄奥，张美杰，李楠,一种轻量等径微孔刚玉复相球及其制备方法;201510550630.0武汉科技大学
[8]王周福，夏忠锋，李景磊，刘浩，王玺堂，马妍,一种高温窑炉用高铝质耐火材料及其制备方法;201610581550.6武汉科技大学
[9]魏耀武，张争,一种ZrSiO4‑SiC多孔陶瓷及其制备方法,201610152356.6武汉科技大学
[10]李远兵，向若飞,一种含锆堇青石复相材料及其制备方法;201410522759.6武汉科技大学
[11]陈影谢光远张子豪,一种定磷传感器辅助电极涂料制备方法; 201510220320.2武汉科技大学
[12]王文长，谢光远，赵芃,一种定硅传感器辅助电极涂料制备方法; 201510220317.0武汉科技大学
六、推广应用情况：
1. 发明
（1）拓宽尾气空燃比值测量范围的扩散障制备以及氧化锆基础材料制备技术
（2）优化加热效率以及芯片内阻和热应力分布的加热单元设计技术
（3）改善扩散通道进气方式的芯片设计技术
2. 进步
项目已取得具有自主知识产权的重要成果，对提高我国汽车和冶金行业关键技术产品的国产化具有重要意义，市场前景广阔。

3. 推广
项目针对氧化锆基础材料研究薄弱，汽车电喷系统升级，基于氧化锆材料的氧传感器由管式到片式浓差型再到宽域型发展，而国内车用宽域氧传感器主要依靠进口等问题，开发出系列宽域氧传感器产品以及高性能滑板锆环等产品，开发出了拓宽尾气空燃比值测量范围的扩散障制备以及氧化锆基础材料制备技术；优化加热效率以及芯片内阻和热应力分布的加热单元设计技术；改善扩散通道进气方式的芯片设计技术。

已经在全国多家企业推广应用，产生了显著的经济和社会效益。

七、主要完成人情况表
八、完成人合作关系说明:
武汉科技大学与攀钢冶金材料有限责任公司、中冶武汉冶金建筑研究院有限公司是产学研用合作单位。

本项目中，武汉科技大学充分发挥其学科优势，攀钢冶金材料有限责任公司、中冶武汉冶金建筑研究院有限公司等企业将项目研究成果在攀钢集团攀枝花钢钒有限公司等钢铁企业进行了推广和应用。

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