释放印刷传感器的潜力

　　印刷传感器是一项快速发展的技术，可提供低成本制造、柔性薄膜外形和大面积传感，使其适用于物联网（IoT）、工业4.0、连续健康监测等新兴应用。印刷和柔性传感器构成了显示器之外最大的印刷电子产品市场。

　　据英国知名研究公司IDTechEx预测，到2032年，全印刷传感器的市场规模将增长至49亿美元。尽管，目前市场最大的葡萄糖检测试纸正逐渐被连续葡萄糖监测（CGM）方案替代，但是，很多新应用和技术的兴起仍将推动印刷和柔性传感器市场持续增长。

　　印刷传感器涵盖了从图像传感器到可穿戴电极等多种技术和应用。每类传感器都寻求提供一种不同于现有技术的价值主张，用印刷来实现产品制造。在走向广泛应用的过程中，它们都在技术和商业化方面面临着不同的挑战。本期，让我们把目光放在压阻和压电传感器上，看看其技术发展到什么样的程度，在市场推广方面又遇到哪些瓶颈。

　　印刷压阻式传感器面对的挑战

　　印刷压阻式力传感器应用已经有一定的历史，如今已广泛应用于汽车乘员占用传感、乐器、工业设备和一些医疗设备。虽然在这些市场已经商品化，但这些行业仍正在通过创新以获得新的、差异化的、更高价值的应用。

　　例如3D触摸面板，它可以测量施加的力，相比现有电容式触摸面板，可以识别更复杂的人机界面手势。供应商将继续瞄准智能手机、电脑游戏和汽车内饰等应用。

　　差异化压阻式传感器的挑战在于，许多应用不需要复杂的功能，如3D触摸或接近感测。此外，营收可能会随着各种产品周期而大幅波动，因而需要非常积极地应用发展布局。技术复杂性相对较低，也可能意味着进入壁垒和获取价值的障碍较低。这使一些厂商向价值链上游走得更高，提供完全集成的解决方案。

　　印刷压电式传感器的新应用

　　压电式传感器跟压阻式传感器不同，它在一定方向上受到外力作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。而与压阻式传感器一样，压电式传感器也可以用于力传感，但它们的制造成本更高，集成也不那么简单。因此，制造商主要瞄准利用其独特功能的应用，尤其是对高频振动的敏感性。

　　压电式传感器的一个应用是状态监控，目的是实现预防性维护。将不显眼的薄膜压电传感器连接到工业设备上，可以检测到振动，根据振幅和频率的变化，通过算法识别出磨损的部件。类似的方法也可以应用于大型结构，如桥梁、隧道等，以提供损坏和潜在坍塌的早期预警。另一个特别创新的应用是由法国的CEA-LITEN开发的，它利用印刷压电式传感器进行电池监控。印刷的薄膜压电致动器会产生高频超声波，通过电池传播，然后由一个结构非常相似的压电传感器探测到这些信号。通过监测波的传播时间和频率相关性，可以实时监测声密度，从而监测电池状况。

　　印刷压电式传感器的商业化难点在于，它们的性能介于两种简单的成熟技术之间⸺价格合理的压阻式压力传感器和灵敏的刚性陶瓷压电式传感器。尽管进行了广泛的研发，印刷压电传感器到目前为止还在为市场渗透而苦苦挣扎。

　　两种传感器的差异性

　　由于既是印刷的，又是柔性的，压电和压阻传感器都有着诸多优势：重量轻、成本效益高、便于大面积生产、便于空间分辨压力传感。此外，它们的薄膜形式使传感器可以安装在刚性材料传感器难以安装的位置。

　　相比之下，压阻式传感器的制造相对简单，使用低成本材料，并且相对容易校准。压电传感器依赖于压电聚合物，在凝固时与偶极形成晶区，额外的制造步骤加上更具挑战性的校准过程，意味着压阻式传感器到目前为止仍然是印刷压力传感器中更受青睐的选择。

　　然而，尽管有这些缺点，印刷压电传感器还是有一些明显的优势⸺包括检测高频振动的能力。因为与压阻材料相比，压电传感器因为不需要压缩弹性体因此形变更小，功耗要求极低。

　　尽管存在各种挑战，但更多驱动因素推动了多种类型印刷和柔性传感器的采用，最重要的是越来越多地物联网和工业4.0部署，需要无线连接的低成本隐蔽传感器组成的广泛网络。此外，得益于印刷和柔性传感器的薄膜外形和共形性，使其能够集成到更小的器件中，从而为设计人员提供更大的自由度以实现差异化和潜在的新用例。