印刷傳感器是一項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)，可提供低成本制造、柔性薄膜外形和大面積傳感，使其適用于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、工業(yè)4.0、連續(xù)健康監(jiān)測(cè)等新興應(yīng)用。印刷和柔性傳感器構(gòu)成了顯示器之外最大的印刷電子產(chǎn)品市場(chǎng)。

　　據(jù)英國(guó)知名研究公司IDTechEx預(yù)測(cè)，到2032年，全印刷傳感器的市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)至49億美元。盡管，目前市場(chǎng)最大的葡萄糖檢測(cè)試紙正逐漸被連續(xù)葡萄糖監(jiān)測(cè)（CGM）方案替代，但是，很多新應(yīng)用和技術(shù)的興起仍將推動(dòng)印刷和柔性傳感器市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)。

　　印刷傳感器涵蓋了從圖像傳感器到可穿戴電極等多種技術(shù)和應(yīng)用。每類傳感器都尋求提供一種不同于現(xiàn)有技術(shù)的價(jià)值主張，用印刷來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造。在走向廣泛應(yīng)用的過程中，它們都在技術(shù)和商業(yè)化方面面臨著不同的挑戰(zhàn)。本期，讓我們把目光放在壓阻和壓電傳感器上，看看其技術(shù)發(fā)展到什么樣的程度，在市場(chǎng)推廣方面又遇到哪些瓶頸。

　　印刷壓阻式傳感器面對(duì)的挑戰(zhàn)

　　印刷壓阻式力傳感器應(yīng)用已經(jīng)有一定的歷史，如今已廣泛應(yīng)用于汽車乘員占用傳感、樂器、工業(yè)設(shè)備和一些醫(yī)療設(shè)備。雖然在這些市場(chǎng)已經(jīng)商品化，但這些行業(yè)仍正在通過創(chuàng)新以獲得新的、差異化的、更高價(jià)值的應(yīng)用。

　　例如3D觸摸面板，它可以測(cè)量施加的力，相比現(xiàn)有電容式觸摸面板，可以識(shí)別更復(fù)雜的人機(jī)界面手勢(shì)。供應(yīng)商將繼續(xù)瞄準(zhǔn)智能手機(jī)、電腦游戲和汽車內(nèi)飾等應(yīng)用。

　　差異化壓阻式傳感器的挑戰(zhàn)在于，許多應(yīng)用不需要復(fù)雜的功能，如3D觸摸或接近感測(cè)。此外，營(yíng)收可能會(huì)隨著各種產(chǎn)品周期而大幅波動(dòng)，因而需要非常積極地應(yīng)用發(fā)展布局。技術(shù)復(fù)雜性相對(duì)較低，也可能意味著進(jìn)入壁壘和獲取價(jià)值的障礙較低。這使一些廠商向價(jià)值鏈上游走得更高，提供完全集成的解決方案。

　　印刷壓電式傳感器的新應(yīng)用

　　壓電式傳感器跟壓阻式傳感器不同，它在一定方向上受到外力作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。而與壓阻式傳感器一樣，壓電式傳感器也可以用于力傳感，但它們的制造成本更高，集成也不那么簡(jiǎn)單。因此，制造商主要瞄準(zhǔn)利用其獨(dú)特功能的應(yīng)用，尤其是對(duì)高頻振動(dòng)的敏感性。

　　壓電式傳感器的一個(gè)應(yīng)用是狀態(tài)監(jiān)控，目的是實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)。將不顯眼的薄膜壓電傳感器連接到工業(yè)設(shè)備上，可以檢測(cè)到振動(dòng)，根據(jù)振幅和頻率的變化，通過算法識(shí)別出磨損的部件。類似的方法也可以應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)，如橋梁、隧道等，以提供損壞和潛在坍塌的早期預(yù)警。另一個(gè)特別創(chuàng)新的應(yīng)用是由法國(guó)的CEA-LITEN開發(fā)的，它利用印刷壓電式傳感器進(jìn)行電池監(jiān)控。印刷的薄膜壓電致動(dòng)器會(huì)產(chǎn)生高頻超聲波，通過電池傳播，然后由一個(gè)結(jié)構(gòu)非常相似的壓電傳感器探測(cè)到這些信號(hào)。通過監(jiān)測(cè)波的傳播時(shí)間和頻率相關(guān)性，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)聲密度，從而監(jiān)測(cè)電池狀況。

　　印刷壓電式傳感器的商業(yè)化難點(diǎn)在于，它們的性能介于兩種簡(jiǎn)單的成熟技術(shù)之間?價(jià)格合理的壓阻式壓力傳感器和靈敏的剛性陶瓷壓電式傳感器。盡管進(jìn)行了廣泛的研發(fā)，印刷壓電傳感器到目前為止還在為市場(chǎng)滲透而苦苦掙扎。

　　兩種傳感器的差異性

　　由于既是印刷的，又是柔性的，壓電和壓阻傳感器都有著諸多優(yōu)勢(shì)：重量輕、成本效益高、便于大面積生產(chǎn)、便于空間分辨壓力傳感。此外，它們的薄膜形式使傳感器可以安裝在剛性材料傳感器難以安裝的位置。

　　相比之下，壓阻式傳感器的制造相對(duì)簡(jiǎn)單，使用低成本材料，并且相對(duì)容易校準(zhǔn)。壓電傳感器依賴于壓電聚合物，在凝固時(shí)與偶極形成晶區(qū)，額外的制造步驟加上更具挑戰(zhàn)性的校準(zhǔn)過程，意味著壓阻式傳感器到目前為止仍然是印刷壓力傳感器中更受青睞的選擇。

　　然而，盡管有這些缺點(diǎn)，印刷壓電傳感器還是有一些明顯的優(yōu)勢(shì)?包括檢測(cè)高頻振動(dòng)的能力。因?yàn)榕c壓阻材料相比，壓電傳感器因?yàn)椴恍枰獕嚎s彈性體因此形變更小，功耗要求極低。

　　盡管存在各種挑戰(zhàn)，但更多驅(qū)動(dòng)因素推動(dòng)了多種類型印刷和柔性傳感器的采用，最重要的是越來越多地物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0部署，需要無線連接的低成本隱蔽傳感器組成的廣泛網(wǎng)絡(luò)。此外，得益于印刷和柔性傳感器的薄膜外形和共形性，使其能夠集成到更小的器件中，從而為設(shè)計(jì)人員提供更大的自由度以實(shí)現(xiàn)差異化和潛在的新用例。

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