随着能源与石化产业蓬勃发展并与城市共存，监测可燃气体泄漏和降低气爆风险变得日益重要。在2014年高雄气爆事件中，由于无法及时识别泄漏气体丙烯（C3H6）的种类和位置，错失了关键的应急时机，造成了严重后果。因此，如何即时检测可燃及高气爆风险气体的泄漏，并尽早发出警示，成为城市友善与安全的重要课题。

台大材料系特聘教授陈学礼研究团队与台湾半导体研究中心赖宇绅、陈仕鸿研究员合作，成功研发出可在室温运作的硅光子长波红外气体传感技术。该装置通过红外光指纹区中的特征吸收信号，精准感测与识别可燃气体丙烯（C3H6）和甲烷（CH4），并具备高选择性与实时侦测能力。这项研究成果于2026年3月发表于重要国际期刊《Journal of Hazardous Materials》。

传统气体传感技术多采用电化学或金属氧化物半导体传感器，需借助外加电力驱动以产生可测量信号，且常需在数百摄氏度的高温下运行，以促进气体与材料表面的氧化还原反应及吸附脱附作用，这对可燃及高爆炸风险气体的传感存在额外风险。此外，其反应时间往往需在高温下持续数十秒至数分钟以上，难以实时感知快速变化的气体浓度。即便欲采用传统红外光学检测方法，高雄气爆主因丙烯（C3H6）在红外光波段的吸收信号相对微弱，检测难度极高。因此，过去针对丙烯的长波红外光学传感元件的研究非常有限。台大研究团队锁定丙烯在11微米以及甲烷在7.8微米的特征吸收波长，分别设计出高气体选择性的传感元件。

硅是半导体产业中最重要的材料，硅光子相关研究也是全球及台湾半导体与光电领域的重要发展方向。此外，受限于硅半导体的能隙，一般硅光探测器的截止波长约为近红外1.1微米，难以直接应用于长波红外光探测。为克服这一限制，研究团队在该硅光传感器中设计了微纳米尺度的金属结构，使入射的长波红外光在金属中产生表面等离子共振并激发热载流子效应，增强特定波长的光吸收与传感能力，突破了传统硅光子元件无法用于长波红外探测的限制。

研究结果显示，该设计的硅光子传感器的检测极限远低于丙烯、甲烷两种气体的爆炸下限浓度，能够在气体达到危险浓度前提前预警，并且对其他常见气体也具有良好的选择性。此研究的重要突破在于利用硅工艺开发出用于检测长波红外气体的硅光传感器，且该装置无需高功率驱动，也无需冷却系统即可在室温下运行。未来，这项技术有望应用于工业环境监测、能源设施以及智慧城市系统，构建可燃气体泄漏与气爆的实时监测和预防能力。