目前，许多智能检测设备已经广泛使用了各种传感器，其应用已经渗透到工业生产、海洋探测等领域 、环境保护 、医学诊断 、生物工程 、宇宙 开发 、智能家居等方面。随着信息时代应用需求的不断增加，被测信息的范围， 性能参数的期望和理想化要求，如精度和稳定性，逐渐提高。气体在特殊环境和特殊信号下的气体 、压力 、湿 测量要求对普通传感器提出了新的挑战

面对越来越多的特殊信号和环境，新的传感器技术已经向以下趋势发展：开发新材料 、新工艺和新传感器的开发；实现传感器的集成和智能化；实现传感技术硬件系统和部件的微小型化；与其他学科交叉集成的传感器。同时 ， 希望传感器也能透明灵活 、延展 、可自由弯曲甚至折叠 、便于携带、可穿戴等特点 。随着柔性基质材料的发展，满足上述各种趋势特征的柔性传感器应运而生 。

柔性传感器的特点和分类

1、柔性传感器的特点

柔性材料是与刚性材料相对应的概念，一般来说，柔性材料具有柔软性 、低模量 、易变形等属性 。常见的柔性材料有：聚乙烯醇( P V A ) 、聚酯 ( P E T ) 、聚酰亚 胺 ( P I ) 、乙二醇酯聚萘二甲酯( P E N ) 、纸片 、纺织材料等 。

柔性传感器是指由柔性材料制成的传感器，具有良好的灵活性、延展性，甚至可以自由弯曲甚至折叠，结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，可以非常方便地检测复杂的测量。电子皮肤新型柔性传感器 、医疗保健 、电子、电工 、运动器材 、纺织品 、航天航空 、广泛应用于环境监测等领域。

2、柔性传感器的分类

柔性传感器种类繁多，分类方法多样化 。

柔性传感器按用途分类，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传感器；

柔性传感器包括柔性电阻传感器，根据感知机制进行分类 、柔性电容式传感器 、柔性压磁传感器和柔性电感传感器等 。

柔性传感器的常用材料

1、柔性基底

为了满足柔性电子设备的要求，轻、透明、柔性、拉伸性好、绝缘耐腐蚀等性能已成为柔性基础的关键指标。

聚二甲基硅氧烷在众多柔性基底的选择中(PDMS)成为人们的首选。其优点包括方便、化学性质稳定、透明度和热稳定性好等。特别是紫外线下粘附区和非粘附区的清晰特性使其表面容易粘附电子材料。许多柔性电子设备通过降低基底厚度来获得显著的弯曲；然而，该方法仅限于几乎平坦的基底表面。相比之下，可拉伸的电子设备可以完全粘附在复杂和不均匀的表面上。目前，可穿戴传感器的拉伸性通常有两种策略。第一种方法是在柔性基础上直接键合低杨氏模量的薄导电材料。第二种方法是使用可拉伸的导体组装设备。它通常由导电材料混合到弹性基体中制备。

2、金属材料

金属材料一般为金、银、铜等导体材料，主要用于电极和导线。对于现代印刷工艺，导电材料主要选用导电纳米油墨，包括纳米颗粒和纳米线。除了良好的导电性外，金属纳米颗粒还可以烧结成薄膜或导线。

3、无机半导体材料

以Zno和Zns为代表的无机半导体材料在可穿戴柔性电子传感器领域具有优异的压电特性，具有广阔的应用前景。

开发了一种基于直接将机械能转换为光学信号的柔性压力传感器。该矩阵采用Zn S:Mn 颗粒的力发光性质。力发光的核心是由压电效应引起的光子发射。压电 Zn S 电子可以在压力作用下产生压伏效应并倾斜，从而促进Mn2 刺激，接下来的去刺激过程发出黄光(约580nm)。

快速响应（响应时间小于10ms）的传感器是通过这种力发光转换过程获得的。通过自上而下的光刻工艺，其空间分辨率可以达到 100μm。这种传感器可以记录单点滑动的动态压力，可以用来识别签名者的笔迹，扫描二维平面压力分布，IDT(艾迪悌)半导体IC芯片 实时获得发射强度曲线。所有这些特性使无机半导体材料成为未来快速响应和高分辨率压力传感器材料领域最具潜力的候选人之一。

4、有机材料

大规模压力传感器阵列对未来可穿戴传感器的发展非常重要。基于压阻和电容信号机制的压力传感器存在信号串扰，导致测量不准确，成为发展可穿戴传感器最大的挑战之一。

由于晶体管的完美信号转换和放大性能，晶体管的使用为减少信号串扰提供了可能性。因此，在可穿戴传感器和人工智能领域的许多研究都集中在如何获得大规模的柔性压敏晶体管上。

典型的场效应晶体管由源极、漏极、栅极、介电层和半导体层组成。根据大多数载流子的类型，可分为p型（空穴）场效应晶体管和n型（电子）场效应晶体管。

传统上，用于场效应晶体管研究的P型聚合物材料主要是噻命类聚合物，其中最成功的例子是聚合物（3-己基噻命）（P3）HT)系统。萘四酰亚二胺(NDI)和谐四酰亚二胺(PDI)它是研究最广泛的n型半导体材料，具有良好的n型场效应性能，广泛应用于小分子n型场效应晶体管中。

晶体管参数通常包括载流子迁移率、运行电压和开/关电流比。与无机半导体结构相比，晶体管具有机场效应(OFET)它具有柔性高、制备成本低的优点，但也存在载流子迁移率低、操作电压大的缺点。

5、碳材料

碳纳米管和石墨烯是柔性可穿戴电子传感器常用的碳材料。碳纳米管具有结晶度高、导电性好、比表面积大、微孔大小可通过合成工艺控制的特点，比表面利用率高100%。

石墨烯具有轻便透明、导电性好的特点。它在传感技术、移动通信、信息技术和电动汽车方面具有极其重要和广阔的应用前景。

在碳纳米管的应用中，多臂碳纳米管和银复合印刷获得的导电聚合物传感器在140%的拉伸下仍具有高达20S的导电性•cm−1。

在碳纳米管和石墨烯的综合应用中，结合石墨烯/单壁碳纳米管电极和褶皱无机介电层单壁碳纳米管网格通道，制备了可高度拉伸的透明场效应晶体管。由于有褶皱的氧化铝介电层，在1000次以上20%的拉伸舒张循环下，无泄漏电流变化，显示出良好的可持续性。

常见的柔性传感器

1、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，其基础柔性，重量轻 、柔韧易弯曲，可大面积生产。薄膜材料也具有更高的敏感性和 生产工艺相对简单，备受关注。这很好地满足了特殊环境下气体传感器的便携性 、低功耗等需求打破了以往气体传感器不易携带、测量范围不全面的需求 、量程 小 、成本高的不利因素可以对N有利 H 、N O 、乙醇气体的简单准确检测引起了人们的广泛关注 。

2、柔性压力传感器

智能服装、智能运动、机器人柔性压力传感器 “ 皮肤 ” 广泛应用于其他方面 。聚偏氟乙烯 、硅橡胶 、作为其基础材料，聚酰亚胺已广泛应用于柔性压力传感 与使用金属应变计的测力传感器和使用n不同 扩散型普通压力传感器的半导体芯片具有良好的灵活性 、导电性和压阻特性。

3、柔性湿度传感器

湿度传感器主要有电阻式 、电容式两类。湿敏电阻器的特点是在基板上覆盖一层由感湿材料制成的薄膜。当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值发生变化。湿敏电容器通常由聚合物薄膜制成，常用的聚合物材料是聚苯乙烯 、聚酰亚胺 、酪酸醋酸纤维等 。

湿度传感器正从简单的湿敏元件转向集成 、智能化 、多参数检测方向发展迅速，传统的干湿球湿度计或毛发湿度计已不能满足现代科学发展的需要 。柔性湿 低成本的度传感器 、低能耗 、易于制造、易于集成到智能系统制造等优点得到了广泛的研究。制作这种柔性湿度传感器的基础材料类似于其他柔性传感器，制作湿度敏感膜的方法有很多，包括浸泡 、旋转涂料 、丝网印刷、喷墨印刷等。

柔性传感器的结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，可以非常方便地准确快速地测量特殊环境和特殊信号，解决传感器的小规模问题 、集成 化 、这些新型柔性传感器是电子皮肤的智能发展问题 、生物医学、可穿戴电子产品和航空航天在航空航天中起着重要作用 。但目前用于柔性传感器的碳纳米管和石墨烯的材料制备技术水平还不成熟，也存在成本 、适用范 围 、使用寿命 等问题。常用的柔性基底有不耐高温的缺点，导致柔性基底与薄膜材料之间的应力 大 、粘附力弱。装配柔性传感器 、排列 、集成和包装技术还有待进步 一步提高 。

审核编辑：黄飞

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