印刷傳感器是一項快速發展的技術，可提供低成本制造、柔性薄膜外形和大面積傳感，使其适用于物聯網（loT)、工業4. 0、連續健康監測等新興應用。印刷和柔性傳感器構成了顯示器之外最大的印刷電子産品市場。
據英國知名研究公司IDTechEx預測，到2032年，全印刷傳感器的市場規模将增長至49億美元。盡管，目前市場最大的葡萄糖檢測試紙正逐漸被連續葡萄糖監測（CGM)方案替代，但是，很多新應用和技術的興起仍将推動印刷和柔性傳感器市場持續增長。
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和應用。每類傳感器都尋求提供一種不同于現有技術的價值主張，用印刷來實作産品制造。在走向廣泛應用的過程中，它們都在技術和商業化方面面臨着不同的挑戰。本文讓我們把目光放在壓阻和壓電傳感器上，看看其技術發展到什麼樣的程度，在市場推廣方面又遇到哪些瓶頸。
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印刷壓阻式傳感器面對的挑戰
印刷壓阻式力傳感器應用已經有一定的曆史，如今已廣泛應用于汽車乘員占用傳感、樂器、工業裝置和一些醫療裝置。雖然在這些市場已經商品化，但這些行業仍正在通過創新以獲得新的、差異化的、更高價值的應用。
例如3D觸摸面闆，它可以測量施加的力，相比現有電容式觸摸面闆，可以識别更複雜的人機界面手勢。供應商将繼續瞄準智能手機、電腦遊戲和汽車内飾等應用。
差異化壓阻式傳感器的挑戰在于，許多應用不需要複雜的功能，如3D觸摸或接近感測。此外，營收可能會随着各種産品周期而大幅波動，因而需要非常積極地應用發展布局。技術複雜性相對較低，也可能意味着進入壁壘和擷取價值的障礙較低。這使一些廠商向價值鍊上遊走得更高，提供完全內建的解決方案。
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印刷壓電式傳感器的新應用
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，其内部會産生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。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，內建也不那麼簡單。是以，制造商主要瞄準利用其獨特功能的應用，尤其是對高頻振動的敏感性。
壓電式傳感器的一個應用是狀态監控，目的是實作預防性維護。将不顯眼的薄膜壓電傳感器連接配接到工業裝置上，可以檢測到振動，根據振幅和頻率的變化，通過算法識别出磨損的部件。類似的方法也可以應用于大型結構，如橋梁、隧道等，以提供損壞和潛在坍塌的早期預警。另一個特别創新的應用是由法國的CEA-LITEN開發的，它利用印刷壓電式傳感器進行電池監控。印刷的薄膜壓電緻動器會産生高頻超音波，通過電池傳播，然後由一個結構非常相似的壓電傳感器探測到這些信号。通過監測波的傳播時間和頻率相關性，可以實時監測聲密度，進而監測電池狀況。
印刷壓電式傳感器的商業化難點在于，它們的性能介于兩種簡單的成熟技術之間——價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。盡管進行了廣泛的研發，印刷壓電傳感器到目前為止還在為市場滲透而苦苦掙紮。
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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着諸多優勢：重量輕、成本效益高、便于大面積生産、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簡單，使用低成本
材料，并且相對容易校準。壓電傳感器依賴于壓電聚合物，在凝固時與偶極形成晶區，額外的制造步驟加上更具挑戰性的校準過程，意味着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睐的選擇。
然面，盡管有這些缺點，印刷壓電傳感器還是有一些明顯的優勢——包括檢測高頻振動的能力。因為與壓阻材料相比，壓電傳感器因為不需要壓縮彈性體是以形變更小，功耗要求極低。
盡管存在各種挑戰，但更多驅動因素推動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網和工業4. 0部署，需要無線連接配接的低成本隐蔽傳感器組成的廣泛網絡。此外，得益于印刷和柔性傳感器的薄膜外形和共形性，使其能夠內建到更小的器件中，進而為設計人員提供更大的自由度以實作差異化和潛在的新用例。
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來源：智能制造縱橫2022.02月刊
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