傳感新品

【鄭州大學(xué)科研突破：石墨烯傳感器助力可穿戴設(shè)備與人機(jī)交互】

高性能柔性應(yīng)變傳感器在可穿戴設(shè)備和健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。然而，開(kāi)發(fā)在寬應(yīng)變范圍內(nèi)具有高靈敏度的柔性應(yīng)變傳感器仍是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。研究設(shè)計(jì)了一種具有多孔卷曲結(jié)構(gòu)的纖維膜，作為 TPU/GNPs 柔性應(yīng)變傳感器的基底材料。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效地平衡了靈敏度和應(yīng)變范圍。

利用水洗電紡絲法制備的 TPU-PEO 纖維膜具有多孔的 TPU 框架。隨后，對(duì)纖維膜進(jìn)行無(wú)水乙醇刺激，以獲得多孔卷曲的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)超聲波處理，GNPs 被修飾在熱塑性聚氨酯纖維膜上。所制得的柔性應(yīng)變傳感器在較大的應(yīng)變范圍（350%）內(nèi)具有較高的靈敏度（GF = 4047.5），并表現(xiàn)出優(yōu)異的傳感性能、穩(wěn)定性和耐用性（大于 10,000 次循環(huán)）。它不僅能捕捉基本動(dòng)作，還能有效識(shí)別和測(cè)量彎曲角度，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的人機(jī)交互體驗(yàn)。這一進(jìn)步為未來(lái)智能可穿戴技術(shù)和人機(jī)交互提供了可能性，推動(dòng)了這些領(lǐng)域的發(fā)展。

圖文導(dǎo)讀

圖1. （a）TPU/GNPs應(yīng)變傳感器的制造流程，（b） T/P纖維膜。（c） T/P-C纖維膜。（d） T/P-GNPs纖維膜。（e-f）T/P-GNP復(fù)合材料優(yōu)異的柔韌性

圖2.（a） T/P纖維膜。（b，c）T/P-W纖維膜在不同位置上不同多重度的形貌。（d，e）T/P-C纖維膜在不同位置上不同多重性的形貌。（f） T/P-GNPs纖維膜的表面形貌。

圖3.（a） T/P纖維膜和T/P-W纖維膜的紅外光譜。（b） T/P-GNPs復(fù)合纖維膜、TPU纖維膜和GNPs的XPS。（c） T/P-GNPs復(fù)合纖維膜、TPU纖維膜和GNPs的XRD。

圖4：(a) TPU/GNPs 應(yīng)變傳感器最初五個(gè)拉伸-釋放循環(huán)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，應(yīng)變分別為 50%、100%、200%、400% 和 600%。(b) TPU/GNPs 應(yīng)變傳感器在 50-600%不同應(yīng)變下五個(gè)周期的機(jī)械滯后。

圖5、TPU/GNPs傳感器在高靈敏度和寬檢測(cè)范圍圖示

圖6.TPU/GNPs應(yīng)變傳感器在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用

小結(jié)

綜上所述，本文報(bào)道了一種具有多孔卷曲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的TPU/GNPs纖維膜，該膜利用其優(yōu)異的孔隙率和機(jī)械強(qiáng)度來(lái)平衡柔性應(yīng)變傳感器的靈敏度和工作應(yīng)變范圍。采用靜電紡絲法制備TPU-PEO纖維膜，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的TPU網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)水洗和無(wú)水乙醇刺激壓接。隨后，在超聲波的協(xié)助下，GNP有效地附著在孔隙和纖維上。多孔結(jié)構(gòu)有利于GNPs導(dǎo)電顆粒的粘附，有效增強(qiáng)了傳感器的電氣和傳感性能。

同時(shí)，壓接結(jié)構(gòu)大大擴(kuò)展了傳感器的工作應(yīng)變范圍。TPU/GNPs應(yīng)變傳感器采用多孔和卷曲結(jié)構(gòu)，在350%的工作范圍內(nèi)表現(xiàn)出高達(dá)4047.5的出色靈敏度。該傳感器不僅可以區(qū)分不同的速率和應(yīng)變，而且在長(zhǎng)期運(yùn)行（10,000 次循環(huán)）后仍能保持出色的穩(wěn)定性和耐用性。除了出色的性能外，該傳感器還能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)和生命體征，甚至可以識(shí)別不同的彎曲角度。此外，它還可以應(yīng)用于元宇宙進(jìn)行實(shí)時(shí)人機(jī)交互，在該領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景。這進(jìn)一步驗(yàn)證了將多孔和卷曲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于柔性應(yīng)變傳感器的可行性，為平衡靈敏度和工作應(yīng)變范圍的挑戰(zhàn)提供了新的解決方案。

傳感動(dòng)態(tài)

【行業(yè)領(lǐng)先的高端傳感器及測(cè)控系統(tǒng)：乃爾電子戰(zhàn)略融資近2億元】

近日，行業(yè)領(lǐng)先的高端傳感器及測(cè)控系統(tǒng)研發(fā)商：乃爾電子完成近2億人民幣戰(zhàn)略融資。本輪投資方為上海航空產(chǎn)業(yè)基金（海望資本）、航發(fā)基金、深圳高新投、睿興投資。

關(guān)于乃爾電子

乃爾電子是一家高端傳感器及測(cè)控系統(tǒng)研發(fā)商，專(zhuān)注于研發(fā)各種科學(xué)原理的振動(dòng)和沖擊傳感器、位移傳感器、速度傳感器、壓力傳感器以及各類(lèi)優(yōu)質(zhì)高效的傳感器系統(tǒng)和解決方案，自主設(shè)計(jì)了MEMS芯片和壓電陶瓷材料。

廈門(mén)乃爾電子有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)：乃爾電子）成立于2010年3月，廠房面積1.2萬(wàn)平方米，注冊(cè)資金2.0344億元人民幣，總部位于廈門(mén)，在全國(guó)主要城市設(shè)有銷(xiāo)售代表處。乃爾的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)中有來(lái)自不同領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)豐富的科學(xué)家、行業(yè)專(zhuān)家以及富有夢(mèng)想與開(kāi)拓精神的工程師，其中碩士及以上學(xué)歷占比70%以上。

乃爾自主研制并擁有特種壓電陶瓷配方及MEMS芯片設(shè)計(jì)等核心技術(shù)能力，專(zhuān)注于研制高可靠性及高性能壓電類(lèi)傳感器（超高溫、超寬頻、超輕質(zhì)量的振動(dòng)和沖擊傳感器）、高精度高可靠的MEMS芯片類(lèi)傳感器（變電容加速度、硅壓阻式壓力、硅壓阻式加速度）、種類(lèi)齊全的磁電類(lèi)傳感器（轉(zhuǎn)速、線(xiàn)位移、角位移、振動(dòng)速度），以及技術(shù)領(lǐng)先的高溫高頻微波測(cè)試系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電梯等各類(lèi)裝備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

乃爾已申請(qǐng)各類(lèi)專(zhuān)利及軟件著作權(quán)超100項(xiàng)，技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先地位，打破國(guó)外禁運(yùn)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空船舶、軌道交通、能源工業(yè)等領(lǐng)域，并為國(guó)防裝備建設(shè)貢獻(xiàn)自己的綿薄之力。

【思特威推出首顆 5000 萬(wàn)像素 1/1.28 英寸手機(jī)圖像傳感器 SC580XS】

1 月 11 日消息，國(guó)產(chǎn) CMOS 廠商思特威 SmartSens 今日宣布推出其首顆 5000 萬(wàn)像素 1/1.28 英寸圖像傳感器新品 —— SC580XS。

此款新品是思特威繼成功量產(chǎn)第一顆 22nm HKMG Stack 工藝的 5000 萬(wàn)像素 1/1.56 英寸產(chǎn)品 SC550XS 之后，在同一工藝平臺(tái)打造的升級(jí)產(chǎn)品。作為 1.22μm 像素尺寸圖像傳感器，SC580XS 搭載思特威新一代像素技術(shù) SFCPixel-2 以及 PixGain HDR、AllPix ADAF 等多項(xiàng)技術(shù)和工藝。

據(jù)介紹，SC580XS 采用思特威 PixGain HDR 技術(shù)，通過(guò)同一幀曝光下的像素高低轉(zhuǎn)換增益合成，大幅提升動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)有效抑制運(yùn)動(dòng)偽影。此外，SC580XS 還支持三重曝光 HDR、PixGain HDR+VS 等多種高動(dòng)態(tài)范圍模式，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá) 120dB。

基于 SFCPixel-2 和 PixGain 技術(shù)，SC580XS 的讀取噪聲（RN）低至 0.7e-，并在相關(guān)多采樣技術(shù)（CMS）的加持下，其 CMS 4x 噪聲降幅可達(dá) 40%。較行業(yè)同規(guī)格產(chǎn)品，SC580XS 的讀取噪聲（RN）和固定噪聲（FPN）號(hào)稱(chēng)可降低約 33% 和 32%，PRNU 小幅降低 4%。

此外，SC580XS 在四合一（Summing）模式下，單顆像素尺寸達(dá)到 2.44μm，可為手機(jī)帶來(lái) 4K 120fps 的高幀率視頻拍攝功能。

SC580XS 還搭載了思特威 AllPix ADAF 技術(shù) 以及 Sparse PDAF 技術(shù)，以達(dá)到各類(lèi)光線(xiàn)場(chǎng)景下更好的快速對(duì)焦效果。在暗光場(chǎng)景下，SC580XS 開(kāi)啟 AllPix ADAF 模式，通過(guò)像素的橫縱方位組合，實(shí)現(xiàn) 100% 全像素對(duì)焦，為手機(jī)攝像頭帶來(lái)更快速精準(zhǔn)的對(duì)焦效果；在日常光線(xiàn)場(chǎng)景下，SC580XS 切換至 Sparse PDAF 模式，通過(guò)部分像素相位檢測(cè)進(jìn)行準(zhǔn)確對(duì)焦，可大幅節(jié)省圖像傳感器的功耗。

得益于全新升級(jí)的讀取電路架構(gòu)設(shè)計(jì)和 22nm HKMG 工藝，SC580XS 具備更好的低功耗性能。SC580XS 支持硬件 Remosaic 功能，在 50MP Full Size 模式下功耗低至 500mW（25fps 幀率）。同時(shí)，SC580XS 拍攝 12.5MP 圖像和 4K 影像的功耗分別低至 190mW 和 150mW。

基于 PixGain HDR 高動(dòng)態(tài)范圍模式，SC580XS 拍攝 12.5MP 圖像的功耗為 465mW（AllPix ADAF 模式）和 310mW（Sparse PDAF 模式），有助于智能手機(jī)整機(jī)功耗的降低和延長(zhǎng)連續(xù)視頻拍攝的最大時(shí)長(zhǎng)。

【工信部印發(fā)《國(guó)家汽車(chē)芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》】

工業(yè)和信息化部近日印發(fā)的《國(guó)家汽車(chē)芯片標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》）提出，將根據(jù)汽車(chē)芯片技術(shù)現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需要及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，分階段建立健全標(biāo)準(zhǔn)體系，加大力量?jī)?yōu)先制定基礎(chǔ)、共性及重點(diǎn)產(chǎn)品等急需標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)技術(shù)成熟度，逐步推進(jìn)產(chǎn)品應(yīng)用和匹配試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制定。

汽車(chē)芯片是汽車(chē)電子系統(tǒng)的核心元器件，是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要基礎(chǔ)。《指南》明確，到2025年，制定30項(xiàng)以上汽車(chē)芯片重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，明確環(huán)境及可靠性、電磁兼容、功能安全及信息安全等基礎(chǔ)性要求，制定控制、計(jì)算、存儲(chǔ)、功率及通信芯片等重點(diǎn)產(chǎn)品與應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，形成整車(chē)及關(guān)鍵系統(tǒng)匹配試驗(yàn)方法，滿(mǎn)足汽車(chē)芯片產(chǎn)品安全、可靠應(yīng)用和試點(diǎn)示范的基本需要。到2030年，制定70項(xiàng)以上汽車(chē)芯片相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步完善基礎(chǔ)通用、產(chǎn)品與技術(shù)應(yīng)用及匹配試驗(yàn)的通用性要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)于前瞻性、融合性汽車(chē)芯片技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)的有效支撐，基本完成對(duì)汽車(chē)芯片典型應(yīng)用場(chǎng)景及其試驗(yàn)方法的全覆蓋，滿(mǎn)足構(gòu)建安全、開(kāi)放和可持續(xù)汽車(chē)芯片產(chǎn)業(yè)生態(tài)的需要。

《指南》提出，加強(qiáng)統(tǒng)籌組織協(xié)調(diào)。構(gòu)建跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、跨部門(mén)協(xié)同發(fā)展、相互促進(jìn)的工作機(jī)制，整合汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈上下游優(yōu)勢(shì)資源力量，發(fā)揮好全國(guó)汽車(chē)、集成電路、半導(dǎo)體器件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)等組織作用，加強(qiáng)與通信、信息技術(shù)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航等相關(guān)標(biāo)委會(huì)的工作協(xié)同，統(tǒng)籌合力推進(jìn)汽車(chē)芯片標(biāo)準(zhǔn)化工作。

【MEMS氣體傳感器應(yīng)用和發(fā)展】

在日常生活中，我們感知外界靠眼睛、耳朵和鼻子，在信息化時(shí)代、物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代、智能化時(shí)代，我們通過(guò)傳感器連接世界。在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境、安全、智能生活中，氣體的監(jiān)測(cè)是必不可少的環(huán)節(jié)，氣體傳感器在其中扮演了重要的角色。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，氣體傳感器的應(yīng)用更加廣泛，逐漸向小型化、集成化、模塊化、智能化方向發(fā)展。這些年，隨著MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)的進(jìn)步，以MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)的氣體傳感器逐步被開(kāi)發(fā)出來(lái)，應(yīng)用到各種場(chǎng)合。

MEMS全稱(chēng)是Micro Electromechanical System，即微機(jī)電系統(tǒng)，是指在尺寸幾毫米甚至更小的材料上構(gòu)建一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)，滿(mǎn)足一定的使用功能。MEMS涉及物理學(xué)、半導(dǎo)體、光學(xué)、電子工程、化學(xué)、材料工程、機(jī)械工程、醫(yī)學(xué)、信息工程及生物工程等多種學(xué)科和工程技術(shù)，為智能系統(tǒng)、消費(fèi)電子、可穿戴設(shè)備、智能家居、系統(tǒng)生物技術(shù)的合成生物學(xué)與微流控技術(shù)等領(lǐng)域開(kāi)拓了廣闊的用途。

MEMS加速度計(jì)、MEMS麥克風(fēng)、MEMS壓力傳感器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度傳感器等在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常用到。MEMS氣體傳感器是近些年興起的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，用于探測(cè)氣體濃度的MEMS傳感器。

一、MEMS氣體傳感器的原理

a) 氣敏材料: MEMS氣體傳感器采用特殊的氣敏材料，能與目標(biāo)氣體發(fā)生特定的化學(xué)反應(yīng)。這種反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致材料的電阻、容抗或其他電性質(zhì)的變化。

b) 微電子機(jī)械系統(tǒng): 傳感器芯片上的微機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠引起氣敏材料的變形或位移。當(dāng)目標(biāo)氣體與材料發(fā)生反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的壓力或力量將改變微機(jī)械結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。

c) 電學(xué)測(cè)量: MEMS氣體傳感器通過(guò)測(cè)量材料電阻、電容等電性質(zhì)的變化來(lái)檢測(cè)氣體濃度。這些電性質(zhì)的變化與目標(biāo)氣體的濃度呈正相關(guān)關(guān)系。

二、MEMS氣體傳感器的優(yōu)點(diǎn)
（1）微型化：MEMS器件體積小，一般單個(gè) MEMS傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計(jì)量單位，重量輕、耗能低。同時(shí)微型化以后的機(jī)械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。MEMS更高的表面體積比(表面積比體積)可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯拿舾谐潭取?/p>

(2)硅基加工工藝，可兼容傳統(tǒng) IC生產(chǎn)工藝：硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度類(lèi)似鋁，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢，同時(shí)可以很大程度上兼容硅基加工工藝。

(3)批量生產(chǎn)：以單個(gè) 5mm×5mm尺寸的 MEMS傳感器為例，用硅微加工工藝在一片 8英寸的硅片晶元上可同時(shí)切割出大約 1000個(gè) MEMS芯片，批量生產(chǎn)可大大降低單個(gè) MEMS的生產(chǎn)成本。

(4)集成化：一般來(lái)說(shuō)，單顆 MEMS往往在封裝機(jī)械傳感器的同時(shí)，還會(huì)集成ASIC芯片，控制 MEMS芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。同時(shí)不同的封裝工藝可以把不同功能、不同敏感方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。

(5)多學(xué)科交叉：MEMS涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。

MEMS氣體傳感器體積小、成本低的特點(diǎn)為我們的生活提供了無(wú)限的想象，隨著技術(shù)的日益進(jìn)步，可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的應(yīng)用。

審核編輯 黃宇