关键词：柔性；压力；传感器；电容；压阻；压电；摩擦；起电
一、柔性压力传感器概述
近年来，柔性电子设备慢慢进入人们的生活之中，各种形式的柔性传感器作为感知外界环境的方式，其研制及应用受到了国内外学者的广泛关注。研究人员对柔性压力传感器的研究趋于追求更快的响应速度、更高的灵敏度、更宽的检测范围、更高的分辨率、更好的耐用性等。虽然柔性压力传感器的类型主要分为电容式、压阻式、压电式和摩擦发电式四个方向，工作原理较为简单，但设计一个新颖的改善结构尤为困难。随着计算机技术、智能控制技术、传感技术及人工智能的不断发展，柔性压力传感器作为人机交互的重要桥梁，目前对于其压力检测范围、灵敏度的要求越来越高。
二、柔性压力传感器的测力原理及特点
2.1电阻式柔性压力传感器
电阻式柔性压力传感器应用非常广泛，主要分为三类：人机交互、人体健康监测和电子皮肤，电阻式柔性压力传感器基于压阻原理实现传感，利用材料本身受压形变导致电阻变化的原理从而感知压力信号，适用于可穿戴设备，可用于压力、应变等物理量测量，可安装在人体关节、柔性触摸屏、柔性键盘等应用上。以应用需求为导向，通过微结构设计提高灵敏度、测量范围、分辨率，这需要开发更为精密的制备技术，实现多重刺激响应、良好的生物兼容性、透气性，同时实现低成本、大面积阵列制备和更小分辨率。
华东师范大学的专利CN106595916A公开了一种碳基电阻式柔性压力传感器，传感器呈四层薄膜结构，包括柔性聚酰亚胺薄膜层、银电极层、柔性石墨烯和氧化石墨烯的复合薄膜层以及氧化石墨烯薄膜绝缘保护层。当该压力传感器受到压力作用或者发生弯曲应变时，通过测量银电极两端的电阻变化值即可得到压力传感器的受力情况。整体呈薄膜状结构，柔性性质好，可在弯曲任意角度的状态下正常工作；灵敏度高，应变系数在2.1‑3之间；压力测量范围广，为10Pa至900kPa；具有很高的分辨率和超快速动态响应，能测出高达10kHz的动态高频压力信号；稳定性质好，通过了8000次以上的稳定性重复测试。其制备工艺简单，设备成本低。
2.2电容式柔性压力传感器
电容式柔性压力传感器是利用电容的变化来感知并测量压力；改善电容式柔性压力传感器性能的方法包括：新型材料的制备、介电层微结构化及物理化学性质调控、整体结构优化设计、实现多功能化等。同样在可穿戴电子设备、医疗、人机交互和智能家居等领域进行了广泛应用，具有一定的使用价值和广阔的应用前景。
吉林大学的专利CN111780897A公开了一种仿生多层电容式柔性压力传感器及其制备方法，属于仿生与传感器领域。包括：第一柔性基板、第一电极层、第一微结构层、双面阶梯仿生结构层、第二微结构层、第二电极层和第二柔性基板；第一电极层附着于第一柔性基板的微阵列结构内侧，第一微结构层的光滑侧与第一电极层相接触，第一微结构层的带有微结构侧与双面阶梯仿生结构层相接触，双面阶梯仿生结构层，处于传感器的中间位置，第二微结构层的光滑侧与第二电极层相接触，第二微结构层的带有微结构侧与双面阶梯仿生结构层相接触，第二电极层附着于第二柔性基板的微阵列结构内侧。可提高传感器的灵敏度、压力检测下限，缩短响应时间，并且改善传感器的线性度。
2.3压电式柔性压力传感器
压电式柔性压力传感器由于能够实现自供能的特点，正在受到越来越多的关注，压电式柔性
压力传感器利用压电材料的压电特性，建立压力和电荷之间的关联关系，适用于检测动态压力信号的变化，如人体脉搏信号，目前主要的压电材料有压电陶瓷和压电薄膜；可用于柔性穿戴设备、智能机器人、医疗康复等领域。在人体可穿戴设备方面，传感器的透气性也是一个重要的需求，纤维薄膜越来越多的应用于传感器的制备。
西安交通大学的专利CN112284576A公开了一种全有机材料制备的压电式柔性压力传感器及制备方法，传感器包括有机电极纤维薄膜以及有机压电纤维薄膜，有机电极纤维薄膜和有机压电纤维薄膜之间通过热熔无纺布粘接，形成有机电极纤维薄膜‑热熔无纺布‑有机压电纤维薄膜‑热熔无纺布‑有机电极纤维薄膜结构；传感器为全有机材料，具有可再生、绿环保、低成本优点。
2.4摩擦起电式柔性压力传感器
摩擦起电式柔性压力传感器基于摩擦起电和静电感应原理制成，具有结构简单、可自供能、输出电压高，但是难以检测静态力，易受外部环境干扰的特点，具有材料选择范围广、低成本、质量轻等优势，被广泛用于可穿戴设备中。工作模式主要包括接触-分离式、滑动式、单电极式和独立式。
东华大学的专利CN107502958A公开了一种基于摩擦纳米发电机的透气型柔性压力传感器及其制备方法，包括柔性碳纳米纤维薄膜以及设于其上的通过静电纺丝得到的纳米纤维薄膜，柔性碳纳米纤维薄膜通过将静电纺丝得到的纳米颗粒掺杂的纤维薄膜进行碳化处理得到。压力传感器可有效监测外力变化，具有较高灵敏度，其透气和柔性特征确保人体穿戴舒适性，在人体医疗可穿戴检测领域有着广泛的应用空间。
三、结论
柔性压力传感技术是一种新兴的电子技术，是一个庞大而富有挑战性的课题，以此为基础的应用和研究正得到不断的扩展和深入，目前市场化柔性压力传感器的产品种类繁多，但多数为国外的产品，目前主流产品基本采用压阻式和电容式；我国对柔性压力传感器技术的研究较晚，国内有很多研究机构研究柔性力敏传感技术,但很少有定型产品出现。随着社会的发展，对传感器的性能提出了更高的要求，如何制作工艺简单、成本较低、稳定性高、具有一定的使用价值的产品，面临着多领域的挑战，涉及到电子科学、机械制造、自动控制、材料科学等不同学科的交叉合作。本文综述了近年来基于不同原理及不同结构的柔性压力传感器的最新研究进展，介绍了几所高校发明的相关专利，希望能够推动我国柔性压力传感技术的实用化与国际化。
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