柔性传感器之二三事

背景

面对越来越多的特殊信号和特殊环境，新型传感器技术已向以下趋势发展：开发新材料 、新工艺和开发新型传感器；实现传感器的集成化和智能化；实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化；与其它学科的交叉整合的传感器。同时，希望传感器还能够具有透明、柔韧 、延展 、可自由弯曲甚至折叠 、便于携带、可穿戴等特点。

概述

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、甚至可自由弯曲甚至折叠，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对复杂被测量进行检测。

柔性传感器的优势让它有非常好的应用前景，包括在医疗电子、环境监测和可穿戴等领域。例如在环境监测领域，科学家将制作成的柔性传感器置于设备中，可监测台风和暴雨的等级；在可穿戴方面，柔性的电子产品更易于测试皮肤的相关参数，因为人的身体不是平面的。

利用柔性传感器和导电体，科学家可以将外界的受力或受热情况转换为电信号，传递给机器人的电脑进行信号处理，这样就可以制作成透明、柔韧、可延展、可自由弯曲折叠、可穿戴的电子皮肤，以便实时精准的监测出人体各项指标。

分类

按照感知机理分类，柔性传感器包括柔性电阻式传感器 、柔性电容式传感器 、柔性压磁式传感器和柔性电感式传感器等 。

按照用途分类，柔性传感器包括柔性压力传感器 、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。

柔性压力传感器 

包括电容式、压阻式、压电式等，其所用的基础材料包括纳米线、碳纳米管、聚合物纳米纤维、金属纳米颗粒、石墨烯等。柔性压力传感器在智能服装、智能运动、机器人“皮肤”等方面有广泛运用。聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚酞亚胺等作为其基底材料已广泛用于柔性压力传感器的制作，它们有别于采用金属应变的测力传感器和采用n型半导体芯片的扩散型普通压力传感器，具有较好的柔韧性、导电性及压阻特性。

柔性光纤传感器

 将光纤织入纺织品中，构成光纤传感器，在感知压力、速度、温度、电场等信号的同时，还不会影响到纺织品本身轻质、柔软的特性。

柔性气体传感器 

柔性气体传感器在电极表面布置对气体敏感的薄膜材料，其基底是柔性的，具备轻便、柔韧易弯曲，可大面积制作等特点，薄膜材料也具备更高的敏感性和相对简便的制作工艺而备受关注"这很好地满足了特殊环境下气体传感器的便携、低功耗等需求，打破了以往气体传感器不易携带、测量范围不全面、量程小、成本高等不利因素，可对乙醇等气体进行简单精确的检测。

柔性湿度传感器

湿度传感器主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻器特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸汽吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容器一般是用高分子薄膜制成，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酞亚胺、酪酸醋酸纤维等。湿度传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化。

多参数检测的方向迅速发展，传统的干湿球湿度计或毛发湿度计已无法满足现代科技发展的需要。柔性湿度传感器以低成本、低能耗、易于制造和易集成到智能系统制造等优点已被广泛研究。

柔性传感器结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对特殊环境与特殊信号进行精确快捷测量，解决了传感器的小型化、集成化、智能化发展问题，这些新型柔性传感器在电子皮肤、生物医药、可穿戴电子产品和航空航天中有重要作用。