一文讀懂柔性傳感器，雖處初期但潛力巨大

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）近日，漢威科技在投資者互動(dòng)平臺(tái)表示，控股子公司蘇州能斯達(dá)目前已經(jīng)與小米科技達(dá)成戰(zhàn)略合作。該公司指出，柔性傳感器尚處于發(fā)展初期階段，但未來(lái)前景可期。

根據(jù)市場(chǎng)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，柔性傳感器確實(shí)潛力很大，預(yù)計(jì)在2021年-2028年期間，全球柔性傳感器市場(chǎng)將以6.8%的年復(fù)合增長(zhǎng)率快速發(fā)展，到2028年達(dá)到 84.7億美元的市場(chǎng)規(guī)模。接下來(lái)，我們從產(chǎn)品類型、主要應(yīng)用和玩家?guī)讉€(gè)方面來(lái)看一下柔性傳感器的發(fā)展情況。

柔性傳感器簡(jiǎn)介

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(chǎng)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(cè)功能，可以對(duì)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(píng)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(lái)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(jiǎn)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(cè)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(lái)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(cè)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(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)測(cè)量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、輸出功率大、輸出阻抗小、抗干擾能力強(qiáng)及測(cè)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(cè)量。

當(dāng)然，我們也能夠以用途來(lái)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(wú)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)。

柔性傳感器前景廣闊

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(duì)患者進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2019年，約翰·羅杰斯（John Rogers）和同事們推出了一種貼膏大小的無(wú)線傳感器，其實(shí)就是柔性傳感器的典型應(yīng)用，這種無(wú)線傳感器不僅取締了測(cè)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(lái)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(cè)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(wú)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。

從當(dāng)前的市場(chǎng)前沿來(lái)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(chǎng)，比如針對(duì)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(cè)工作人員的生命特征，也能對(duì)外部惡劣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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。

柔性傳感器主要玩家

不得不說，目前柔性傳感器還處于市場(chǎng)發(fā)展的初期，玩家可分為學(xué)院研究派和企業(yè)派。學(xué)院研究這一派我們不重點(diǎn)展開，我們看到頂尖名校如麻省理工、南洋理工和清華大學(xué)、上海交大等都有在做柔性傳感器方面的研究。

在企業(yè)端，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出一批柔性傳感器企業(yè)，且都有產(chǎn)品落地，走在產(chǎn)業(yè)的前沿，包括鈦深科技、能斯達(dá)電子、慧聞科技和三三智能等。

蘇州能斯達(dá)電子就是我們開篇提到的公司，是漢威科技旗下子公司，由國(guó)家杰出青年、中科院知名海歸科學(xué)家張珽創(chuàng)建，跟中科院經(jīng)過多年產(chǎn)學(xué)研合作和迭代，形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多品種、多量程的柔性微納力學(xué)量傳感器（壓力、壓電、應(yīng)變）及陣列的核心設(shè)計(jì)能力、敏感材料及導(dǎo)電墨水合成制備能力、大面積印刷電子批量制造能力等核心能力，解決了柔性微納傳感器靈敏度低、穩(wěn)定性差和規(guī)?；圃祀y等關(guān)鍵技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了柔性微納傳感器在消費(fèi)電子、健康醫(yī)療、IOT等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，在柔性傳感器產(chǎn)業(yè)化方面具有國(guó)際領(lǐng)先水平。

鈦深科技是一家致力于工業(yè)、消費(fèi)電子、健康、醫(yī)療等各個(gè)行業(yè)高精度和超柔性壓力傳感器方案的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。公司成立于2018年，總部位于深圳，在蘇州設(shè)有研發(fā)中心，在成都設(shè)有方案團(tuán)隊(duì)，并在上海和北京設(shè)有市場(chǎng)團(tuán)隊(duì)。產(chǎn)品包括柔性壓力傳感器、觸覺傳感器、壓力陣列傳感器、壓力觸控、壓力薄膜傳感器等。

慧聞科技是一家從事智能傳感器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，同時(shí)提供人工嗅覺解決方案的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。目前已研發(fā)出針對(duì)多種有毒有害氣體（如甲醛、酒精、氨氣、一氧化碳、氮氧化物、硫化氫、甲烷、TVOC 等）的傳感器芯片及相應(yīng)的檢測(cè)模塊，在昆山建成了MEMS氣體傳感器、熱電堆溫度傳感器、柔性壓力傳感器、紅外CO2傳感器模組、激光PM2.5傳感器生產(chǎn)線，目前其它MEMS傳感器也將陸續(xù)量產(chǎn)。

三三智能是一家以柔性薄膜傳感技術(shù)為核心，集材料研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、軟硬件開發(fā)、生產(chǎn)銷售、技術(shù)服務(wù)于一體的高科技企業(yè)，致力于高分子材料、智能控制、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)，專注于聲學(xué)超聲、醫(yī)療健康、航空航天、智能交通、人機(jī)交互、控制檢測(cè)、可穿戴設(shè)備等行業(yè)領(lǐng)域的深度應(yīng)用開發(fā)，是智能柔性傳感技術(shù)及行業(yè)應(yīng)用解決方案提供商。

力感科技是一家柔性壓力傳感器提供商，集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)于一體，開發(fā)出智能床墊傳感器、硬件開發(fā)模塊等產(chǎn)品，服務(wù)于智慧養(yǎng)老、保健康復(fù)等領(lǐng)域。

柔宇科技是全球柔性電子行業(yè)的領(lǐng)航者，通過自主研發(fā)的核心柔性電子技術(shù)生產(chǎn)全柔性顯示屏和全柔性傳感器，以及包括折疊屏手機(jī)和其他智能設(shè)備在內(nèi)的全系列新一代人機(jī)互動(dòng)產(chǎn)品。

韌和科技成立于2018年10月，是中科院寧波材料所孵化的科技型企業(yè)，也是國(guó)內(nèi)率先從事彈性電子材料與器件產(chǎn)業(yè)化的公司。主要從事彈性電子材料、器件及其在智能服裝、智能家居、智能體育、智慧微電流技術(shù)應(yīng)用及智能機(jī)器人等領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)。

紐迪瑞是一家中外合資企業(yè)，成立于2011年，總部位于中國(guó)深圳，同時(shí)在美國(guó)設(shè)有研發(fā)中心，是一家專注于壓力傳感器技術(shù)的高科技公司。

小結(jié)

柔性傳感器正處于市場(chǎng)拓展的前期階段，在應(yīng)用端還沒能讓用戶和消費(fèi)者明顯感知到，但其發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景是毋庸置疑的，這也是為什么能斯達(dá)能夠打入到小米的供應(yīng)鏈中。市場(chǎng)正處于一個(gè)蓄勢(shì)待發(fā)的狀態(tài)，通過天眼查能夠看到，目前國(guó)內(nèi)大概有超過4000家企業(yè)擁有柔性傳感器的產(chǎn)品和專利技術(shù)，大家等待的都是一個(gè)殺手級(jí)的應(yīng)用出現(xiàn)。