5种柔性薄膜压力传感器材料

柔性薄膜压力传感器是一种基于材料表面施加各种机械力的信号的传感器。其最大特点是它能够响应由物理现象和材料性质所引起的力矩或位移信号，因此成为理想的传感元件。由于该类型传感器具有优异的线性度，因此对生物、医疗健康以及机器人等领域来说，在高灵敏度，高性能性能方面具有重要价值。根据国外研究人员在2004年提出的概念：通过改变薄膜压力电阻值的大小或位置来实现压力信号转换；而到了2011年，日本一位研究人员发现可以通过改变薄膜中不同缺陷处电阻值，实现对各种力学现象和力的灵活测量。

一、柔性聚合物

对于柔性聚合物，它是指一种高分子材料，由于其本身的形状和表面电阻等特性，在弹性元件领域有重要的应用和研究价值。柔性聚合物材料具有良好的可拉伸特性，并且它可以根据不同的功能需要进行一定的设计。所以目前柔性聚合物材料研究主要集中在以下几个方面：柔性聚合物一般具有优异的机械强度和拉伸性能；一般柔性聚合物都具有优异的电性能；此外还具有良好的生物相容性并且具有良好的可降解性。

二、碳纤维膜

碳纤维膜）是一种具有良好生物相容性与导电性的碳基复合材料，碳基膜具有独特的物理、化学和机械性能，且具有与导电纤维相同的力学性能。例如，采用一层碳纤维膜作为载流子传输层(SME),可以有效地降低空气中的电荷和机械损耗。研究发现碳膜对机械产生的电荷有很好的耐受性和稳定性。此外，将碳纤维膜作为载流子传输层的一种柔性膜材在生物医学应用方面也有较好作用。在应用方面碳纤维膜主要用于电子产品中电路的屏蔽以及电路，例如传感器电路、微波炉电路等。通过改变碳纤维膜表面电阻来改变碳纤维膜表面承受作用力的方式也可以实现对力的测量。

三、超临界流体

超临界流体，是指临界温度达到临界压力而没有冷却速率的流体。由于超临界流体对温度不敏感而能迅速凝固、熔融、蒸发速度小于临界速度),而由于它对流动速度要求很高，因此超临界流体在军事领域非常重要。目前在军事领域已经应用了数十种超临界流体，例如激光雷达技术、红外探测技术、声纳探测技术等等。超临界流体也是一种典型的传感技术手段，主要用于智能监测目标的压力分布以及温度变化趋势。其中激光雷达技术已经成功应用于无人机、导弹制导系统以及激光雷达系统等多个领域。

四、纳米技术及纳米压电材料

在微观尺度下，纳米级粒子或分子大小，其作用是驱动材料进行运动。而在宏观尺度下，纳米材料（如纳米晶、纳米粒子）是一种微观尺度（约1 nm)的纳米尺度存在着大量宏观尺度的粒子和纳米粒子相互作用时所产生的宏观振动作用现象。从广义上来说，纳米材料还包括多孔材料掺杂反应、材料物理现象以及特殊性能材料。这些材料中存在着许多相互相互作用的分子和分子团结构的界面结构和界面性质。如不同纳米材料中所存在的表面效应（如表面电荷堆积、表面粗糙度以及表面位错）产生了不同类型的压电效应。这些压电效应可由不同材料种类产生不同应力下压电效应所产生。

五、自清洁薄膜压力传感器应用场景及发展趋势

自清洁薄膜压力传感器具有灵敏性高、可扩展性好的特点，因此其应用场景广泛。如在机器人中，可以检测出被测物体的表面摩擦，从而实现无接触感应；还可以用来监测物体受到外力后的表面状况，从而实现故障快速诊断，从而使机器人更加智能化、自动化。由于自洁特性，自清洁压力传感器在医疗方面也有着广泛的应用需求。如在皮肤检测领域，自清洁薄膜压力传感器可以有效地对皮肤表面油污进行处理工作，使其不被细菌、霉菌和真菌等微生物感染；对于骨科和外科领域，为了保证手术的安全性以及提高复苏率等方面，自清洁薄膜压力传感器具有良好的生物相容性及使用寿命延长性。未来这种新型传感技术将在机器人系统中发挥重要作用。