世界正迈向万亿传感器经济中，数十亿使用多个传感器的设备连接互联网、物联网。

而其一个重要基础组成部分是光/光传感器，它们是基于半导体的微小电子元件，可检测光并将其转换为电信号。光传感器随处可见，从家用电子产品和医疗保健设备到光通信系统和汽车。

多年来，光传感器的研究取得了显着进展。科学家们一直在努力开发能够检测高动态范围的光、易于制造和节能的传感器。

经济高效的消费产品中使用的大多数光传感器都很节能，但容易受到外部环境中的噪声（不需要的光信息）的影响，从而对其性能产生不利影响。为了解决这个问题，产品设计使用了光频转换电路 (LFC)，具有更好的信噪比。

然而，大多数 LFC 由硅基光电探测器制成，可以限制光探测的范围。此外，LFC 的使用会导致芯片面积浪费，这在为紧凑型设备设计多功能电子电路时成为一个问题。

由 Sung Hun Jin 教授领导的韩国仁川国立大学的一组研究人员展示了一种高效的光电探测器系统，可以克服传统 LFC 的局限性。Jin 教授解释说：“我们的光电探测器在光频转换方面采用了不同的方法。与传统的 LFC 不同，我们使用了依赖于光而不依赖于电压的组件。”

新的设计架构使团队能够设计出具有卓越芯片面积效率和紧凑外形的 LFC，使其适用于柔性电子设备。使用光电传感器系统进行的实验表明其具有出色的光学特性，包括在广泛的光范围内具有高可调性和响应性。LFC 还展示了大面积可扩展性和轻松集成到最先进的基于硅晶片的芯片中的可能性。

本研究开发的 LFC 系统可用于构建具有高水平信号完整性以及出色信号处理和传输能力的光学传感器系统。这些有前途的特性使其成为未来物联网传感器场景中应用的有力竞争者。

基于低维半导体的LFC将成为万亿传感器领域的核心部件之一。LFC 方案将应用于医疗 SpO 2检测、农业中的自动照明或用于虚拟和增强现实的高级显示器。

1、柔性传感器与可穿戴设备的天作之合

传感器还有柔性？为什么柔性传感器对人体运动监测有如此巨大的优势？柔性传感器还能运用到哪些领域？

在谈柔性传感器之前，我们可以先了解一下其重要的小伙伴——可穿戴设备~

在20世纪60年代，美国麻省理工学院媒体实验室提出了一种可以把多媒体、传感器和无线通信等技术嵌入日常穿戴中的技术，即可穿戴技术。

受制于时代发展，大部分设备的体积都比较大，想要把这么多设备集成在一起，那可就不是做一个手环这么简单，可能需要做一件盔甲了。

但随着世界迈入互联网时代，芯片制程不断突破，通讯技术也在突飞猛进，芯片越做越小，蓝牙、NFC的诞生也使通讯功耗越来越低，这些都为可穿戴设备注入活力。

在可穿戴设备不断朝着微型化、集成化和智能化前进的情况下，对传感器的性能要求也愈发严苛，随着新材料的发展和柔性基质材料的突破，一种透明、柔韧、延展、可弯曲折叠、便于携带和可穿戴的传感器——柔性传感器诞生了。

换言之，可穿戴设备为柔性传感器提供了巨大的市场，而后者将极大地提升前者的性能，实为相辅相成的天作之合。

2、融合各学科尖端技术的传感器

目前，柔性传感器技术比较成熟，应用范围比较广的主要有以压力-电学为主的柔性传感器、以应变-电学为主的柔性传感器、柔性光纤传感器以及柔性气敏传感器。都是将复杂无序的物理信号转化为规律、可读取的有效电信号，再通过算法分析生成监测数据，供使用者读取，如下图所示。

由于柔性传感器的特殊性，其载体需要具有柔软、低模量、易形变等属性。常见的柔性材料有: 聚乙烯醇( PVA) 、聚酯( PET) 、聚酰亚胺( PI) 、聚萘二甲酯乙二醇酯( PEN) 、纸片、纺织材料等。同时，电路部分需要使用到半导体材料、有机材料，在生产上需要严苛的生产环境，其组装、排列、集成和封装技术需要很高的精度。

综上，柔性传感器具有很强的学科交叉融合特性，它的技术突破和完善需要集合生物学、电学、材料学等多学科的尖端技术，同时需要和所应用的领域进行算法的定制。例如，运动柔性传感器根据不同身体部位的运动特点，有不同的材料选择，运动背心内的传感器和鞋底脚掌的传感器材料强度就会有所不同。

3、柔性传感器的市场应用前景十分广阔

柔性传感器结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对特殊环境与特殊信号进行精确快捷测量，解决了传感器的小型化、集成化、智能化发展问题。

目前，在医疗检测治疗、运动健身、通信娱乐和航空航天领域，柔性传感器都展现出了强大的潜力。

有市场分析报告指出，在 2021年至2028年的预测期内，柔性传感器市场预计将以6.8%的速度增长，预计到2028年将达到 84.7亿美元。

其中，在医学监测治疗中，柔性可穿戴电子主要作用之一便是将检测监控电路印制在衣服或是其他柔性材料上，作为诊断或监测人体生命信号的工具，用于对病人进行身体健康数据采集、疾病监测和康复跟踪监控等。如在高分子聚合物基础上制备而成的电子皮肤，其有着与人类皮肤相似的感知功能，如下图所示。

柔性传感器的广阔前景不仅体现在民用市场，还体现在高端科研领域。

我国正在稳步推进登月项目、空间站项目和火星探测项目。在航空航天领域，宇航服作为宇航员在外太空利用最为密切的装备，其对于宇航员的生命安全以及深空探测任务的完成都具有十分重要的意义。目前，全世界范围内，有许多科研人员制作了纸基传感器，其不仅具有舒适性，且利用纸本身存在的天然微结构作为传感器的敏感单元，可以实现传感器的高灵敏度检测。

当然，柔性传感器因为其材料的特殊性，还存在许多技术瓶颈。例如，碳纳米管和石墨烯等用于柔性传感器的材料制备技术工艺水平还不成熟，也存在成本、适用范围、使用寿命等问题。常用柔性基底存在不耐高温的缺点，导致柔性基底与薄膜材料间应力大、粘附力弱。柔性传感器的组装、排列、集成和封装技术也还有待进一步提高。

文章来源： 物联森友会，柔智烩