据报道，澳大利亚的研究人员已经开发出一种分子大小的、更高效的、广泛使用的电子传感器，这一突破可能会带来广泛的好处。压阻式传感器通常用于检测电子产品和汽车的振动，例如在智能手机中计数步骤，以及在汽车中部署安全气囊。它们还用于医疗设备，如植入式压力传感器，以及航空和太空旅行。因此，尺寸越小越好。

在这项最新研究中，由澳大利亚科廷大学所领导的一组研究人员开发出了一种比人类头发还细50万倍的压阻式传感器。最新研究成果已于近期发表在了《自然通讯》杂志上。

什么是压阻式压力传感器？

在传感器行业中，力、温度、流量是应用最为广泛的几种传感器。在当今快节奏的人类社会里，因科学及工程技术的高速发展，在不同的行业技术应用中对经典物理量的监测相比以往都出现了更高的频次和不同维度的应用需求。

在测量上所称“压力”就是物理学中的“压强”，反应物质状态的一个重要参数。在压力测量中，有表压、绝压（绝对压力）、负压、真空度之分。在工业中所用的压力指示值大多为表压，即绝对压力和大气压力的差值，所以绝压就是表压和大气压的和。若测量压力低于大气压，则称为负压或真空度。

测量压力的传感器在工作原理上分为压阻式压力传感器、压电式压力传感器、压磁式压力传感器、电容式压力传感器、霍尔式压力计等。

半导体应变片式传感器在实际应用中被称为压阻式压力传感器，压阻式压力传感器在早期利用半导体应变片粘贴在弹性体上制成。上世纪70年代后期，研制出了周边固定的力敏电阻和硅膜一体化的扩散型压阻式压力传感器，克服了粘贴带来的滞后、蠕变及固有频率较低和集成化困难的缺点，且把应变电阻条和误差补偿、信号调理等电路集成在一块硅片上。

压阻式压力传感器的主要特点是结构尺寸小、重量轻、易集成，拥有超高的灵敏度和分辨率，适合对微小压力进行检测。但由于它采用半导体硅材料制成，对温度敏感，如不采用温度补偿，温度误差会很大。由于压阻式压力传感器具备一系列优点，在航天、航海、石油化工、医疗设备、气象、军事装备中都得到了广泛应用。

2020年新冠病毒在全球蔓延，全球市场对呼吸机、制氧机、血压计等医疗设备的需求呈井喷式爆发，其中压阻式压力传感器就是呼吸机中的关键部件。在家用型呼吸机、医疗型呼吸机、高精度血压计等应用中，压阻式压力传感器一度出现了供不应求、甚至断货的情况。

压阻式传感器的发展状况

1954年C.S.史密斯详细研究了硅的压阻效应，从此开始用硅制造压力传感器。早期的硅压力传感器是半导体应变计式的。后来在N型硅片上定域扩散P型杂质形成电阻条，并接成电桥,制成芯片。此芯片仍需粘贴在弹性元件上才能敏感压力的变化。采用这种芯片作为敏感元件的传感器称为扩散型压力传感器。这两种传感器都同样采用粘片结构，因而存在滞后和蠕变大、固有频率低、不适于动态测量以及难于小型化和集成化、精度不高等缺点。

70年代以来制成了周边固定支撑的电阻和硅膜片的一体化硅杯式扩散型压力传感器。它不仅克服了粘片结构的固有缺陷，而且能将电阻条、补偿电路和信号调整电路集成在一块硅片上，甚至将微型处理器与传感器集成在一起，制成智能传感器。

这种新型传感器的优点是:①频率响应高(例如有的产品固有频率达1.5兆赫以上),适于动态测量;②体积小（例如有的产品外径可达0.25毫米），适于微型化；③精度高，可达0.1～0.01%；④灵敏高，比金属应变计高出很多倍，有些应用场合可不加放大器；⑤无活动部件，可靠性高，能工作于振动、冲击、腐蚀、强干扰等恶劣环境。其缺点是温度影响较大（有时需进行温度补偿）、工艺较复杂和造价高等。

压阻式传感器广泛地应用于航天、航空、航海、石油化工、动力机械、生物医学工程、气象、地质、地震测量等各个领域。在航天和航空工业中压力是一个关键参数，对静态和动态压力，局部压力和整个压力场的测量都要求很高的精度。压阻式传感器是用于这方面的较理想的传感器。

例如，用于测量直升飞机机翼的气流压力分布，测试发动机进气口的动态畸变、叶栅的脉动压力和机翼的抖动等。在飞机喷气发动机中心压力的测量中，使用专门设计的硅压力传感器,其工作温度达500℃以上。在波音客机的大气数据测量系统中采用了精度高达0.05%的配套硅压力传感器。在尺寸缩小的风洞模型试验中，压阻式传感器能密集安装在风洞进口处和发动机进气管道模型中。单个传感器直径仅2.36毫米，固有频率高达300千赫，非线性和滞后均为全量程的±0.22%。

在生物医学方面，压阻式传感器也是理想的检测工具。已制成扩散硅膜薄到10微米，外径仅0.5毫米的注射针型压阻式压力传感器和能测量心血管、颅内、尿道、子宫和眼球内压力的传感器。压阻式传感器还有效地应用于爆炸压力和冲击波的测量、真空测量、监测和控制汽车发动机的性能以及诸如测量枪炮膛内压力、发射冲击波等兵器方面的测量。此外，在油井压力测量、随钻测向和测位地下密封电缆故障点的检测以及流量和液位测量等方面都广泛应用压阻式传感器。随着微电子技术和计算机的进一步发展，压阻式传感器的应用还将迅速发展。

新型传感器比头发还细50万倍

根据澳大利亚研究人员的说法，他们已经开发出一种更灵敏、更小型化的关键电子元件，它可以将力或压力转换为电信号，并在许多日常应用中得到应用。

他们说，“由于它的尺寸和化学性质，这种新型压阻式传感器将为化学和生物传感器、人机界面和健康监测设备开辟一个全新的机会领域。”“由于它们是基于分子的，我们的新传感器可用于检测其他化学物质或生物分子，如蛋白质和酶，这可能会改变检测疾病的游戏规则。”他们补充道。

据悉，这种新的压阻式传感器是由一个单一的牛烯分子（bullvalene）制成的，当机械拉伸时，它会反应形成一个不同形状的新分子，通过改变电阻来改变电流。研究人员说，“不同的化学形式被称为异构体，这是它们之间的反应第一次被用来开发压阻式传感器。我们已经能够模拟发生的一系列复杂反应，了解单个分子如何实时反应和转化。”

他们指出，这项研究的意义在于，它能够以大约每1毫秒一次的速度，用电检测反应分子形状的变化。他们说，“通过电导率来检测分子的形状是化学传感的一个全新概念。”研究人员还称，了解分子形状和导电性之间的关系，将有助于确定分子和附着的金属导体之间连接的基本特性。“这种新能力对所有分子电子器件的未来发展至关重要，”他们说。

文章来源： 科创板日报，快懂百科，华强电子网