近日，著名網際網路企業Facebook改名為“Meta”（元），宣佈全力進軍元宇宙。
現在，元宇宙已經成為一個炙手可熱的概念。要實現元宇宙這個想法，需要藉助許多裝置和內容，像VR、AR等技術，視覺、聽覺等硬體我們大都已經實現，然而要怎麼在元宇宙裡再現人的觸覺和味覺等感官呢？
柔性感測器就是實現觸覺，製造“電子面板”的基石，Facebook一改名Meta就立馬宣佈基於柔性感測器研製“電子面板”，可將柔性感測器的重要性。本文帶你看看什麼是柔性感測器，以及它的發展潛力和技術趨勢。
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“柔性時代”已然來臨，成為業內人士的共識。而作為柔性電子裝置的重要組成部分，柔性感測器正在從基礎研究向產業化方向發展。
利用柔性感測器和導電體，科學家可以將外界的受力或受熱情況轉換為電訊號，
傳遞給機器人的電腦進行訊號處理，這樣就可以製作成透明、柔韌、可延展、可自由彎曲摺疊、可穿戴的電子面板，以便實時精準的監測出人體各項指標。
柔性感測器有什麼特點？
柔性感測器是指採用柔性材料製成的感測器，具有良好的柔韌性、延展性、甚至可自由彎曲甚至摺疊，而且結構形式靈活多樣，可根據測量條件的要求任意佈置，能夠非常方便地對複雜被測量進行檢測。
柔性感測器的優勢讓它有非常好的應用前景，包括在醫療電子、環境監測和可穿戴等領域。
例如在環境監測領域，科學家將製作成的柔性感測器置於裝置中，可監測颱風和暴雨的等級；在可穿戴方面，柔性的電子產品更易於測試面板的相關引數，因為人的身體不是平面的。
那麼，對於柔性感測器而言關鍵是什麼？以現在被廣泛用於醫療、環境檢測等領域的柔性可穿戴電子感測器為例，
其訊號轉換機制主要分為壓阻、電容和壓電三大部分。
壓 阻
壓阻感測器可以將外力轉換成電阻的變化（與施加壓力的平方根成正比），進而可以方便地用電學測試系統間接探測外力變化。而導電物質間導電路徑的變化是獲得壓阻感測訊號的常見機理。由於其簡單的裝置和訊號讀出機制，這類感測器得到廣泛應用。
程文龍等發展了一種簡單實用的高靈敏壓阻感測器，其在彈性基底上構築了金奈米線薄層和電極陣列。這種器件具有 13～50000 Pa寬的檢測範圍。為了增強靈敏性，實現對接觸力的掃描，
鮑哲楠等利用具有錐狀微結構的壓阻感測器製備了一種可以向大腦傳遞觸覺資訊的電子面板。
電 容
容是衡量平行板間容納電荷能力的物理量。傳統的電容感測器透過改變正對面積s和平行板間距d來探測不同的力，例如壓力，剪下力等。
電容式感測器的主要優勢在於其對力的敏感性強，可以實現低能耗檢測微小的靜態力。鮑哲楠等在彈性基底上製備了電容型透明可拉伸的碳奈米管感測器，對壓力和拉力同時有響應。
壓 電
壓電材料是指在機械壓力下可以產生電荷的特殊材料。這種壓電特性是由存在的電偶極矩導致的。電偶極矩的獲得是靠取向的非中心對稱晶體結構變形，或者孔中持續存在電荷的多孔駐極體。壓電係數是衡量壓電材料能量轉換效率的物理量，壓電係數越高，能量轉換的效率就越高。高靈敏，快速響應和高壓電係數的壓電材料被廣泛應用於將壓力轉換為電訊號的感測器。
柔性材料迅速發展成為催化劑
柔性感測器為何成為趨勢，自然是隨著柔性材料的發展應運而生。柔性材料是與剛性材料相對應的概念，一般，柔性材料具有柔軟 、低模量 、易變形等屬性 目前製作柔性感測器的材料有很多，主要是金屬材料、無機半導體材料、有機材料和柔性基底。
1、柔性基底
為了滿足柔性電子器件的要求，輕薄、透明、柔性和拉伸性好、絕緣耐腐蝕等性質成為了柔性基底的關鍵指標。
在眾多柔性基底的選擇中，聚二甲基矽氧烷（PDMS）成為了人們的首選。它的優勢包括方便易得、化學性質穩定、透明和熱穩定性好等。尤其在紫外光下粘附區和非粘附區分明的特性使其表面可以很容易的粘附電子材料。很多柔性電子裝置透過降低基底的厚度來獲得顯著的彎曲性；然而，這種方法侷限於近乎平整的基底表面。相比之下，可拉伸的電子裝置可以完全粘附在複雜和凹凸不平的表面上。目前，通常有兩種策略來實現可穿戴感測器的拉伸性。第一種方法是在柔性基底上直接鍵合低楊氏模量的薄導電材料。第二種方法是使用本身可拉伸的導體組裝器件。通常是由導電物質混合到彈性基體中製備。
2、金屬材料
金屬材料一般為金銀銅等導體材料，主要用於電極和導線。對於現代印刷工藝而言，導電材料多選用導電奈米油墨，包括奈米顆粒和奈米線等。金屬的奈米粒子除了具有良好的導電性外，還可以燒結成薄膜或導線。
3、無機半導體材料
以ZnO和ZnS為代表的無機半導體材料由於其出色的壓電特性，在可穿戴柔性電子感測器領域顯示出了廣闊的應用前景。
一種基於直接將機械能轉換為光學訊號的柔性壓力感測器被開發出來。這種矩陣利用了Zn S：Mn 顆粒的力致發光性質。力致發光的核心是壓電效應引發的光子發射。壓電 Zn S 的電子能帶在壓力作用下產生壓伏效應而產生傾斜，這樣可以促進Mn2+的激發，接下來的去激發過程發射出黃光（580nm左右）。
一種快速響應（響應時間小於10ms）的感測器就是由這種力致發光轉換過程所得到，透過自上而下的光刻工藝，其空間解析度可達 100μm。這種感測器可以記錄單點滑移的動態壓力，其可以用於辨別簽名者筆跡和透過實時獲得發射強度曲線來掃描二維平面壓力分佈。所有的這些特點使得無機半導體材料成為未來快速響應和高分辨壓力感測器材料領域最有潛力的候選者之一。
4、有機材料
大規模壓力感測器陣列對未來可穿戴感測器的發展非常重要。基於壓阻和電容訊號機制的壓力感測器存在訊號串擾，導致了測量的不準確，這個問題成為發展可穿戴感測器最大的挑戰之一。
由於電晶體完美的訊號轉換和放大效能，電晶體的使用為減少訊號串擾提供了可能。因此，在可穿戴感測器和人工智慧領域的很多研究都是圍繞如何獲得大規模柔性壓敏電晶體展開的。
典型的場效應電晶體是由源極、漏極、柵極、介電層和半導體層五部分構成。根據多數載流子的型別可以分為p型（空穴）場效應電晶體和n型（電子）場效應電晶體。
傳統上用於場效應電晶體研究的p型聚合物材料主要是噻吩類聚合物，其中最為成功的例子便是聚（3-己基噻吩）（P3HT）體系。萘四醯亞二胺（NDI）和苝四醯亞二胺（PDI）顯示了良好的n型場效應效能，是研究最為廣泛的n型半導體材料，被廣泛應用於小分子n型場效應電晶體當中。
通常電晶體引數有載流子遷移率、執行電壓和開/關電流比等。與無機半導體結構相比，有機場效應電晶體（OFET）具有柔性高和製備成本低的優點，但也有載流子遷移率低和操作電壓大的缺點。
5、碳材料
柔性可穿戴電子感測器常用的碳材料有碳奈米管和石墨烯等。碳奈米管具有結晶度高、導電性好、比表面積大、微孔大小可透過合成工藝加以控制，比表面利用率可達100%的特點。
石墨烯具有輕薄透明，導電導熱性好等特點。在感測技術、移動通訊、資訊科技和電動汽車等方面具有極其重要和廣闊的應用前景。
在碳奈米管的應用上，利用多臂碳奈米管和銀複合並透過印刷方式得到的導電聚合物感測器，在140%的拉伸下，導電性仍然高達20S？cm？1。
在碳奈米管和石墨烯的綜合應用上，製備了可以高度拉伸的透明場效應電晶體，其結合了石墨烯/單壁碳奈米管電極和具有褶皺的無機介電層單壁碳奈米管網格通道。由於存在褶皺的氧化鋁介電層，在超過一千次20%幅度的拉伸-舒張迴圈下，沒有漏極電流變化，顯示出了很好的可持續性。
柔性感測器種類繁多
柔性感測器種類較多，分類方式也多樣化 。按照用途分類，柔性感測器包括柔性壓力感測器 、柔性氣體感測器 、柔性溼度感測器 、柔性溫度感測器 、柔性 應變感測器 、柔性磁阻抗感測器和柔性熱流量感測器等。
按照感知機理分類，柔性感測器包括柔性電阻式感測器 、柔性電容式感測器 、柔性壓磁式感測器和柔性電感式感測器等 。
接下來，列舉一些目前應用較多的柔性感測器。
柔性影象感應陣列
柔性電子裝置的光敏性是柔性成像感測系統，生物健康監測和遙控的技術核心。設計具有新材料和結構的柔性平臺來開發高感測效能光電探測器是十分必要的，為了實現快速響應和寬頻寬，低維度材料得到認可，包括奈米線、奈米帶、2D材料和奈米複合材料。這些基於奈米材料的可穿戴式光電探測器在感測平臺上是可拉伸，可彎曲，重量輕和透明的，並且由於它們在將來的人性化應用中的潛在價值受到極大關注。
柔性氣體感測器
柔性氣體感測器在電極表面佈置對氣體敏感的薄膜材料，其基底是柔性的，具備輕便、柔韌易彎曲，可大面積製作等特點，薄膜材料也具備更高的敏感性和相對簡便的製作工藝而備受關注。這很好地滿足了特殊環境下氣體感測器的便攜、低功耗等需求，打破了以往氣體感測器不易攜帶、測量範圍不全面、量程小、成本高等不利因素，可對乙醇氣體進行簡單精確的檢測。
柔性溼度感測器
溼度感測器主要有電阻式、電容式兩大類。溼敏電阻器特點是在基片上覆蓋一層用感溼材料製成的膜，當空氣中的水蒸汽吸附在感溼膜上時，元件的電阻率和電阻值都發生變化，利用這一特性即可測量溼度。溼敏電容器一般是用高分子薄膜製成，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酞亞胺、酪酸醋酸纖維等。溼度感測器正從簡單的溼敏元件向整合化、智慧化。
多引數檢測的方向迅速發展，傳統的乾溼球溼度計或毛髮溼度計已無法滿足現代科技發展的需要。
柔性溼度感測器以低成本、低能耗、易於製造和易整合到智慧系統製造等優點已被廣泛研究。製作該類柔性溼度感測器的基底材料與其他柔性感測器類似，製造溼度敏感膜的方法也有很多，包括浸塗 、旋轉塗料 、絲網印刷和噴墨印刷等。
柔性壓力感測器
柔性壓力感測器在智慧服裝、智慧運動、機器人“面板”等方面有廣泛運用。聚偏氟乙烯、矽橡膠、聚酞亞胺等作為其基底材料已廣泛用於柔性壓力感測器的製作，它們有別於採用金屬應變的測力感測器和採用n型半導體晶片的擴散型普通壓力感測器，具有較好的柔韌性、導電性及壓阻特性。
結語
柔性智慧感測器的應用前景一路向好，但是其產業化的過程中一定將面臨很多挑戰。
目前，柔性感測器許多技術仍停留在研究階段，柔性感測器產業鏈整體亟待提高。就技術本身而言，感測器本身的穩定性、耐磨損性等還需要進一步提高。而從整個產業鏈的配套來說，柔性電路、柔性儲存，以及軟硬連線等環節也需要跟進步伐。
柔性感測器搞出來了，元宇宙的大門離我們也就不遠了。
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