软板之一文读懂柔性传感器

文章来源：作者：何琴查看手机网址

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人气：2725发布日期：2022-05-27 10:22【大中小】

据深联电路软板厂了解，柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器，具有良好的柔韧性、延展性、弯折性等，由于材料和结构灵活，柔性传感器可以根据应用场景任意布置，比如柔性纤维应变传感器能够被用于制作衣物，这种衣物具有健康监测功能，可以对人身体的脉搏、呼吸、震颤和肢体动作等信息随时捕捉，有助于推动健康评估与疾病诊断技术向智能化、远程化、高效化、精准化等方向发展。
从感知机理来区分的话，柔性传感器可以分为柔性电阻式传感器、柔性电容式传感器、柔性压电式传感器和柔性电感式传感器等。
在具体的实现上，柔性电阻式传感器一般是在基板上放置电阻层、短路层、柔性触点，以及可采集传感信息的电极，比如柔性电阻式压力传感器一般是在压力的作用下让短路层和电阻层叠合，改变系统电路的阻值，进而得出压力值。柔性电阻式传感器的优点是灵敏度高、结构简单且具有可穿戴功能。
和柔性电阻式传感器通过接触面的大小改变阻值进而得出测量数据不同，柔性电容式传感器一般采用基于平行板电容原理的装置，通过改变平板电容器之间的距离来改变传感器的电容。还是以压力传感器为例，通过外界施加压力，平板电容器之间的距离变小，进而得出测量数据。柔性电容式传感器的优点是灵敏度高、响应快、动态范围广等。
在电路系统中，电容和电感的作用是相对的，原理便可以互通，柔性电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现数据测量，具有结构简单、灵敏度高、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强及测量精度高等一系列优点。
此外，柔性压电式传感器、柔性压磁式传感器等实现原理也都和普通不带“柔性”二字的传感器类似。比如，柔性压电式传感器是某些介电材料沿某一特定方向上受到外界的作用力时，其内部就会发生极化，导致在它的两个相反的表面上会出现相反的电荷，这种差异表现便能够用于测量。
当然，我们也能够以用途来区分柔性传感器，可以分为柔性压力传感器、柔性气体传感器、柔性湿度传感器、柔性温度传感器、柔性应变传感器、柔性磁阻抗传感器和柔性热流量传感器等。
虽然多了“柔性”二字，不过柔性传感器的本质还是传感器，而让其变得与众不同的是材料的选择。
首先是基底，柔性传感器采用的都是柔性基底，一般要求材料具备轻薄、透明、可拉伸、可弯曲、耐腐蚀等特点，聚二甲基硅氧烷（PDMS）是较为常见的柔性基底材料，不仅具有上述的特点，而且容易获得，且化学性质稳定。
然后是导电材料，也就是金属材料，主要用于制造电极和导线，一般柔性传感器不使用普通的金属，而是采用金属的纳米粒子或者纳米线，这种材质具有更好的导电性，且容易实现成薄膜。
柔性传感器也会用到碳材料，多为石墨烯和碳纳米管。柔性传感器是石墨烯材料重要的落地应用之一，石墨烯轻薄透明且导电性好，和柔性传感器是天作之合。此外还有无机半导体材料和有机材料，主要是用于实现传感器的特性功能，在这方面，材料的压电特性是一个很重要的指标。

据软板小编了解，由于出色的产品特性，目前柔性传感器引起了科学界和工业界的广泛关注，在众多应用领域已经展开了实质性的应用。
先看医疗领域，柔性传感器一般被制备成为电子皮肤，对患者进行监测。2019年，约翰·罗杰斯（John Rogers）和同事们推出了一种贴膏大小的无线传感器，其实就是柔性传感器的典型应用，这种无线传感器不仅取缔了测量线，而且柔性的特征让其能够贴合在重症患儿的脚底，让父母在陪护器件更容易抱起小孩。
从产品形态来看，柔性传感器在医疗领域可用于打造智能创可贴、智能绷带、柔性血氧计等。我们以智能创可贴展开看一下，区别于普通的创可贴，智能创可贴将柔性传感器、药物和医用胶带融合在一起，可以通过检测患者伤口部位的pH值，判断伤口的愈合程度以及发炎情况，避免发生感染。
智能衣物是柔性传感器另一个典型的应用，让可穿戴设备彻底无感化。目前，已经有研究将纤维和柔性传感器编制在一起，这种实现方式是以纺织品作为基底，采用不同方式与传感材料或元件结合，制成的适应各类可穿戴设备需求的柔性传感器件。
除了编制法，智能衣物的制作还有涂覆法和封装法。涂覆法是指将金属颗粒、碳基材料或高分子导电复合材料通过沉积、印刷或拼贴等方式附着于织物表面形成导电涂层织物，是现阶段最常见的柔性织物传感器制备方式。封装法则是将传感器件采用缝合或包埋等较为机械的方式加入到智能服装或设备中。
据软板小编了解，从当前的市场前沿来看，功能性服饰和运动类服饰将会是柔性传感器率先突破的两大市场，比如针对沙漠环境工作人员穿着的智能服装，温度传感器及湿度传感器不仅能够检测工作人员的生命特征，也能对外部恶劣环境进行监测，利于工作人员随时掌握自身的健康状况及环境情况。
当然，柔性传感器在工业、交通、航天和军事等领域也都具有广阔的应用前景。

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