軟板之一文讀懂柔性傳感器

文章來源：作者：何琴查看手機(jī)網(wǎng)址

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人氣：2751發(fā)布日期：2022-05-27 10:22【大中小】

據(jù)深聯(lián)電路軟板廠了解，柔性傳感器是指采用柔性材料制成的傳感器，具有良好的柔韌性、延展性、彎折性等，由于材料和結(jié)構(gòu)靈活，柔性傳感器可以根據(jù)應(yīng)用場景任意布置，比如柔性纖維應(yīng)變傳感器能夠被用于制作衣物，這種衣物具有健康監(jiān)測功能，可以對人身體的脈搏、呼吸、震顫和肢體動(dòng)作等信息隨時(shí)捕捉，有助于推動(dòng)健康評估與疾病診斷技術(shù)向智能化、遠(yuǎn)程化、高效化、精準(zhǔn)化等方向發(fā)展。
從感知機(jī)理來區(qū)分的話，柔性傳感器可以分為柔性電阻式傳感器、柔性電容式傳感器、柔性壓電式傳感器和柔性電感式傳感器等。
在具體的實(shí)現(xiàn)上，柔性電阻式傳感器一般是在基板上放置電阻層、短路層、柔性觸點(diǎn)，以及可采集傳感信息的電極，比如柔性電阻式壓力傳感器一般是在壓力的作用下讓短路層和電阻層疊合，改變系統(tǒng)電路的阻值，進(jìn)而得出壓力值。柔性電阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單且具有可穿戴功能。
和柔性電阻式傳感器通過接觸面的大小改變阻值進(jìn)而得出測量數(shù)據(jù)不同，柔性電容式傳感器一般采用基于平行板電容原理的裝置，通過改變平板電容器之間的距離來改變傳感器的電容。還是以壓力傳感器為例，通過外界施加壓力，平板電容器之間的距離變小，進(jìn)而得出測量數(shù)據(jù)。柔性電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)范圍廣等。
在電路系統(tǒng)中，電容和電感的作用是相對的，原理便可以互通，柔性電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強(qiáng)及測量精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)。
此外，柔性壓電式傳感器、柔性壓磁式傳感器等實(shí)現(xiàn)原理也都和普通不帶“柔性”二字的傳感器類似。比如，柔性壓電式傳感器是某些介電材料沿某一特定方向上受到外界的作用力時(shí)，其內(nèi)部就會(huì)發(fā)生極化，導(dǎo)致在它的兩個(gè)相反的表面上會(huì)出現(xiàn)相反的電荷，這種差異表現(xiàn)便能夠用于測量。
當(dāng)然，我們也能夠以用途來區(qū)分柔性傳感器，可以分為柔性壓力傳感器、柔性氣體傳感器、柔性濕度傳感器、柔性溫度傳感器、柔性應(yīng)變傳感器、柔性磁阻抗傳感器和柔性熱流量傳感器等。
雖然多了“柔性”二字，不過柔性傳感器的本質(zhì)還是傳感器，而讓其變得與眾不同的是材料的選擇。
首先是基底，柔性傳感器采用的都是柔性基底，一般要求材料具備輕薄、透明、可拉伸、可彎曲、耐腐蝕等特點(diǎn)，聚二甲基硅氧烷（PDMS）是較為常見的柔性基底材料，不僅具有上述的特點(diǎn)，而且容易獲得，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
然后是導(dǎo)電材料，也就是金屬材料，主要用于制造電極和導(dǎo)線，一般柔性傳感器不使用普通的金屬，而是采用金屬的納米粒子或者納米線，這種材質(zhì)具有更好的導(dǎo)電性，且容易實(shí)現(xiàn)成薄膜。
柔性傳感器也會(huì)用到碳材料，多為石墨烯和碳納米管。柔性傳感器是石墨烯材料重要的落地應(yīng)用之一，石墨烯輕薄透明且導(dǎo)電性好，和柔性傳感器是天作之合。此外還有無機(jī)半導(dǎo)體材料和有機(jī)材料，主要是用于實(shí)現(xiàn)傳感器的特性功能，在這方面，材料的壓電特性是一個(gè)很重要的指標(biāo)。

據(jù)軟板小編了解，由于出色的產(chǎn)品特性，目前柔性傳感器引起了科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，在眾多應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)展開了實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用。
先看醫(yī)療領(lǐng)域，柔性傳感器一般被制備成為電子皮膚，對患者進(jìn)行監(jiān)測。2019年，約翰·羅杰斯（John Rogers）和同事們推出了一種貼膏大小的無線傳感器，其實(shí)就是柔性傳感器的典型應(yīng)用，這種無線傳感器不僅取締了測量線，而且柔性的特征讓其能夠貼合在重癥患兒的腳底，讓父母在陪護(hù)器件更容易抱起小孩。
從產(chǎn)品形態(tài)來看，柔性傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域可用于打造智能創(chuàng)可貼、智能繃帶、柔性血氧計(jì)等。我們以智能創(chuàng)可貼展開看一下，區(qū)別于普通的創(chuàng)可貼，智能創(chuàng)可貼將柔性傳感器、藥物和醫(yī)用膠帶融合在一起，可以通過檢測患者傷口部位的pH值，判斷傷口的愈合程度以及發(fā)炎情況，避免發(fā)生感染。
智能衣物是柔性傳感器另一個(gè)典型的應(yīng)用，讓可穿戴設(shè)備徹底無感化。目前，已經(jīng)有研究將纖維和柔性傳感器編制在一起，這種實(shí)現(xiàn)方式是以紡織品作為基底，采用不同方式與傳感材料或元件結(jié)合，制成的適應(yīng)各類可穿戴設(shè)備需求的柔性傳感器件。
除了編制法，智能衣物的制作還有涂覆法和封裝法。涂覆法是指將金屬顆粒、碳基材料或高分子導(dǎo)電復(fù)合材料通過沉積、印刷或拼貼等方式附著于織物表面形成導(dǎo)電涂層織物，是現(xiàn)階段最常見的柔性織物傳感器制備方式。封裝法則是將傳感器件采用縫合或包埋等較為機(jī)械的方式加入到智能服裝或設(shè)備中。
據(jù)軟板小編了解，從當(dāng)前的市場前沿來看，功能性服飾和運(yùn)動(dòng)類服飾將會(huì)是柔性傳感器率先突破的兩大市場，比如針對沙漠環(huán)境工作人員穿著的智能服裝，溫度傳感器及濕度傳感器不僅能夠檢測工作人員的生命特征，也能對外部惡劣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，利于工作人員隨時(shí)掌握自身的健康狀況及環(huán)境情況。
當(dāng)然，柔性傳感器在工業(yè)、交通、航天和軍事等領(lǐng)域也都具有廣闊的應(yīng)用前景。

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