在未来,各种基础科学的进步将进一步推动传感器技术的快速进化.传感器将变得更加小型化、人性化,人机交互更加友好;变得更小、更便宜、更准确、更灵活、更节能、更环保,能够收集更多类型的数据,并集成越来越多的新技术.同时,它们将变得更加隐形,更加不易察觉.随着传感器更加深入地融入我们的日常生活,以及与AI等新技术的融合,在未来的互联互通和自动化的世界中,传感器将使我们的生活更加美好.

传感器的分类

传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料四大类.

半导体传感器主要是硅材料,其次是锗、砷化镓、锑化铟、碲化铅、硫化镉等.主要用于制造力敏、热敏、光敏、磁敏、射线敏等传感器.

陶瓷传感器材料主要有氧化铁、氧化锡、氧化锌、氧化锆、氧化钛、氧化铝、钛酸钡等,用于制造气敏、湿敏、热敏、红外敏、离子敏等传感器.

金属用作传感器的功能材料不如半导体和陶瓷材料广泛,主要用在机械传感器和电磁传感器中,用到的材料有铂、铜、铝、金、银、钴合金等.

有机材料用于传感器还处在开发阶段,主要用于力敏、湿度、气体、离子、有机分子等传感器,所用材料有高分子电解质、吸湿树脂、高分子膜、有机半导体聚咪唑、酶膜等.

传感器未来发展的六大趋势

1.更灵活且更柔性:

柔性传感器是未来传感器发展的一个重要方向.目前,柔性光传感器、PH传感器、离子传感器和生物传感器仍处在早期开发阶段.在未来,这些柔性传感器将拥有更多创新应用,如人造皮肤、可穿戴传感器和微动传感.通过微线技术和磁场,传感器可以像头发丝一样纤细,而又具有弹性,不需要电源,可以无接触地测量温度、压力、拉力、应力,扭转和位置.

2.更小,更便宜:

随着各种新平台和新材料的应用,制造商可以制造更小的传感器,其性能可以与毫米级和微波级的电子元器件一样高,并且随着更少的硅的应用,成本将大幅降低.同时,新平台还会降低传感器的设计、开发和制造成本.从长远来看,可自我校准的传感器具有非常高的成本效益.通过自动校准,可以减少传感器的维护次数和时间,并大幅降低维护成本.另外,可自我修复的传感器将会有更广泛的应用范围,并使维护成本更低,特别是在发生各种灾难和风险时将大有用处.

3.更高的准确性:

目前,多通道协作频谱感知的研究还处于初期阶段.未来,一旦技术成熟,它将比现在的单通道传感器提供更精确的监测数据.更准确、更可靠和可复制的传感器将在医疗设备等领域拥有更多的应用场景,其实现的功能也更加强大.

4.更高的复杂性和更好的兼容性:

通过协调工作,传感器将获得额外的复杂性.传感器集群可以更好地协调传感器之间的工作,并通过自主学习系统来确定工作内容和位置.此外,各种新技术的采用,也将使传感器变得更加多样化.例如,通过激光技术,传感器可以通过物质独特的光谱识别出物质组成;飞行时间传感器可通过红外光脉冲测量两个物体之间的距离;由晶体、特殊陶瓷、骨骼、DNA、蛋白质等材料制造的压电传感器可以更好地对外部压力和潜热进行响应.

5.更节能:

当前,大多数传感器并不是很节能,因为其始终处于开启状态.未来,传感器将变得更智能,并由特定条件驱动,只有当达到某个条件时才能被激活,而当它们处于待机模式时,几乎没有功耗.此外,传感器还可以从周围环境中获取能量,实现更长久的运行.例如运动、压力、光线,或患者身体与周围空气的热量差异等都可以成为传感器的能量来源.

6.更环保:

在未来,环境友好型和可生物降解的传感器将日益受到欢迎.例如,传感器可以采用由细菌驱动的,可降解的纸基电池,此类传感器可用于农田管理、环境监测、食品流通监测或医疗检测等领域,而不会污染环境.