一文读懂柔性传感器，虽处初期但潜力巨大

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）近日，汉威科技在投资者互动平台表示，控股子公司苏州能斯达目前已经与小米科技达成战略合作。该公司指出，柔性传感器尚处于发展初期阶段，但未来前景可期。

根据市场机构的统计数据，柔性传感器确实潜力很大，预计在2021年-2028年期间，全球柔性传感器市场将以6.8%的年复合增长率快速发展，到2028年达到 84.7亿美元的市场规模。接下来，我们从产品类型、主要应用和玩家几个方面来看一下柔性传感器的发展情况。

柔性传感器简介

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。

柔性传感器前景广阔

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。
 
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。

柔性传感器主要玩家

不得不说，目前柔性传感器还处于市场发展的初期，玩家可分为学院研究派和企业派。学院研究这一派我们不重点展开，我们看到顶尖名校如麻省理工、南洋理工和清华大学、上海交大等都有在做柔性传感器方面的研究。
 
在企业端，目前国内已经涌现出一批柔性传感器企业，且都有产品落地，走在产业的前沿，包括钛深科技、能斯达电子、慧闻科技和三三智能等。
 
苏州能斯达电子就是我们开篇提到的公司，是汉威科技旗下子公司，由国家杰出青年、中科院知名海归科学家张珽创建，跟中科院经过多年产学研合作和迭代，形成了自主知识产权的多品种、多量程的柔性微纳力学量传感器（压力、压电、应变）及阵列的核心设计能力、敏感材料及导电墨水合成制备能力、大面积印刷电子批量制造能力等核心能力，解决了柔性微纳传感器灵敏度低、稳定性差和规模化制造难等关键技术难题，实现了柔性微纳传感器在消费电子、健康医疗、IOT等战略新兴产业中的应用，在柔性传感器产业化方面具有国际领先水平。
 
钛深科技是一家致力于工业、消费电子、健康、医疗等各个行业高精度和超柔性压力传感器方案的国家高新技术企业。公司成立于2018年，总部位于深圳，在苏州设有研发中心，在成都设有方案团队，并在上海和北京设有市场团队。产品包括柔性压力传感器、触觉传感器、压力阵列传感器、压力触控、压力薄膜传感器等。
 
慧闻科技是一家从事智能传感器研发、生产和销售，同时提供人工嗅觉解决方案的国家级高新技术企业。目前已研发出针对多种有毒有害气体（如甲醛、酒精、氨气、一氧化碳、氮氧化物、硫化氢、甲烷、TVOC 等）的传感器芯片及相应的检测模块，在昆山建成了MEMS气体传感器、热电堆温度传感器、柔性压力传感器、红外CO2传感器模组、激光PM2.5传感器生产线，目前其它MEMS传感器也将陆续量产。
 
三三智能是一家以柔性薄膜传感技术为核心，集材料研发、产品设计、软硬件开发、生产销售、技术服务于一体的高科技企业，致力于高分子材料、智能控制、云计算、大数据分析等领域的技术研发，专注于声学超声、医疗健康、航空航天、智能交通、人机交互、控制检测、可穿戴设备等行业领域的深度应用开发，是智能柔性传感技术及行业应用解决方案提供商。
 
力感科技是一家柔性压力传感器提供商，集研发、生产、销售、服务于一体，开发出智能床垫传感器、硬件开发模块等产品，服务于智慧养老、保健康复等领域。
 
柔宇科技是全球柔性电子行业的领航者，通过自主研发的核心柔性电子技术生产全柔性显示屏和全柔性传感器，以及包括折叠屏手机和其他智能设备在内的全系列新一代人机互动产品。
 
韧和科技成立于2018年10月，是中科院宁波材料所孵化的科技型企业，也是国内率先从事弹性电子材料与器件产业化的公司。主要从事弹性电子材料、器件及其在智能服装、智能家居、智能体育、智慧微电流技术应用及智能机器人等领域的相关应用技术开发。
 
纽迪瑞是一家中外合资企业，成立于2011年，总部位于中国深圳，同时在美国设有研发中心，是一家专注于压力传感器技术的高科技公司。

小结

柔性传感器正处于市场拓展的前期阶段，在应用端还没能让用户和消费者明显感知到，但其发展潜力和应用前景是毋庸置疑的，这也是为什么能斯达能够打入到小米的供应链中。市场正处于一个蓄势待发的状态，通过天眼查能够看到，目前国内大概有超过4000家企业拥有柔性传感器的产品和专利技术，大家等待的都是一个杀手级的应用出现。