傳感新品

【浙江大學(xué)：研發(fā)石墨烯/碳納米管/PDMS復(fù)合材料的柔性水生觸覺傳感器】

成果簡介

水下對各種力的感知在水上探險活動中具有重要意義，而柔性觸覺傳感器的實現(xiàn)面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。本文，浙江大學(xué)汪延成 教授 團隊在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊發(fā)表名為“Waterproof and Flexible Aquatic Tactile Sensor with Interlocked Ripple Structures for Broad Range Force Sensing”的論文，研究介紹了一種基于防水石墨烯（GR）/碳納米管（CNT）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）復(fù)合材料的新型柔性水下觸覺傳感器。所制備的石墨烯/碳納米管/PDMS 復(fù)合材料具有優(yōu)異的疏水和機電性能，水接觸角超過 134°，測量系數(shù)高達2296，是水下大范圍力傳感的理想壓阻傳感材料。所提出的觸覺傳感器具有3×3個傳感單元，并采用雙互鎖水波紋結(jié)構(gòu)來提高靈敏度和力檢測范圍。

制成的觸覺傳感器具有兩種不同的靈敏度：在 0.062-150 kPa 時靈敏度高，為 0.0338 kPa-1；在 150-450 kPa 時靈敏度低，為 0.00357 kPa-1。此外，該傳感器在水生環(huán)境中表現(xiàn)出卓越的電阻響應(yīng)、快速動態(tài)恢復(fù)以及機械和電氣穩(wěn)定性。然后，將水生觸覺傳感器佩戴在人的手掌上，檢測抓取不同形狀和硬度的物體時接觸力的分布和變化，展示了所開發(fā)的水生觸覺傳感器在水下應(yīng)用于大范圍力傳感的潛力。

圖文導(dǎo)讀

圖1、柔性水生觸覺傳感器示意圖

圖2、觸覺傳感器的制造程序

圖3、a-c） GR/CNT/PDMS納米復(fù)合材料和d-f）AgNF/PDMS納米復(fù)合材料的橫截面和前視圖形貌。

圖4、GR/CNT/PDMS復(fù)合材料的性能

圖5、觸覺傳感器水下測試的傳感性能

圖6、a） 佩戴在手掌上的水生觸覺傳感器的照片;b） 掃描電路原理圖。

圖7、用于水下抓取應(yīng)用的水生觸覺傳感器

小結(jié)

綜上所述，我們提出了一種新型柔性水上觸覺傳感器，該傳感器采用雙互鎖水波紋結(jié)構(gòu)，以提高其力感應(yīng)靈敏度和范圍。我們制備了防水的 GR/CNT/PDMS 復(fù)合材料作為傳感材料，并使用 PPMS 改善了 GRs 和 CNTs 在 PDMS 基材中的分散性。材料測試表明，GR/CNT/PDMS 復(fù)合材料具有優(yōu)異的疏水性能，即使在 40% 的拉伸應(yīng)變下，水接觸角也超過 134°。在 128%的拉伸應(yīng)變下，復(fù)合材料的 GF 值為 2296，遠高于 AgNF/PDMS 電極在 140% 拉伸應(yīng)變下的12GF 值。表征測試表明，水生觸覺傳感器具有兩種靈敏度，可進行廣泛的力感應(yīng)：在 0.062-150kPa 時靈敏度高，為 0.0338kPa-1；在 150-450 kPa 時靈敏度低，為 0.00357kPa-1。

此外，該觸覺傳感器還具有良好的電阻響應(yīng)、快速恢復(fù)和穩(wěn)定的水下重復(fù)性。水下物體抓取實驗表明，所開發(fā)的水下觸覺傳感器能夠準確檢測抓取不同形狀和硬度物體時的接觸力分布。在今后的工作中，將進行水下觸覺傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以便與水下機器人技術(shù)相結(jié)合，并將水下觸覺傳感器應(yīng)用于深水下的物體操作。

傳感動態(tài)

【市場空間或達200億元！智能駕駛汽車布局加速，激光雷達需求大增】

（央視財經(jīng)《正點財經(jīng)》）日前，工信部等四部門聯(lián)合印發(fā)通知，部署開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車準入和上路通行試點工作，具備量產(chǎn)條件的L3、L4級別智能駕駛汽車可在限定區(qū)域內(nèi)開展上路通行試點。這也明確了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展方向和未來商業(yè)化的路徑。

在上海嘉定區(qū)的一家智能駕駛技術(shù)公司的研發(fā)實驗室，工程師正在對最新的無人駕駛汽車進行最后一輪標定。負責人告訴記者，這批自動駕駛系統(tǒng)驗證完成后，將申請投入到無人駕駛試驗區(qū)試運行。

目前量產(chǎn)的智能駕駛系統(tǒng)多為L2級，主要能實現(xiàn)實際場景下的輔助駕駛員，而L3、L4級智能駕駛系統(tǒng)，則強調(diào)車輛在多場景下的自主駕駛功能和預(yù)判駕駛策略。它主要是以激光雷達為主導(dǎo)的數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)和高清攝像頭構(gòu)建的視覺體系相融合，再通過車路協(xié)同等方式實現(xiàn)智能駕駛。其中，激光雷達是汽車深度感知系統(tǒng)的最關(guān)鍵設(shè)備之一，隨著L3、L4級智能駕駛政策落地，激光雷達的市場需求進一步放量。

某智能駕駛公司副總裁 黃俊：現(xiàn)在是有4顆激光雷達，有4顆毫米波雷達以及7顆攝像頭。傳感器數(shù)量從L2級到L4級，有一個2到3倍的增加。

需求持續(xù)釋放 激光雷達市場規(guī)模有望增長

過去，激光雷達因其構(gòu)造復(fù)雜，工作環(huán)境要求苛刻等因素，單顆售價就高達幾十萬元，而近年來，隨著國產(chǎn)激光雷達的多輪迭代和產(chǎn)業(yè)升級，已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)，成本和售價也不斷下降。

浙江杭州的一家量產(chǎn)激光雷達的工廠負責人介紹，今年三季度開始，他們的激光雷達訂單排到了年底。

某激光雷達公司制造總監(jiān) 朱曉峰：基本實現(xiàn)了滿負荷運轉(zhuǎn)，設(shè)備24小時一直在跑。我們現(xiàn)在的年產(chǎn)能在50萬臺左右。

記者了解到，能支持L3、L4級智能駕駛的激光雷達中，360度機械旋轉(zhuǎn)式激光雷達雖然性能優(yōu)異，但由于體積大、成本較高，目前只在特定駕駛場景下使用。而半固態(tài)和固態(tài)激光雷達，雖然探測角度較窄，但由于集成化程度較高，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本在逐年下降，讓大規(guī)模量產(chǎn)成為可能。

業(yè)內(nèi)人士表示，激光雷達彌補了攝像頭等傳感器的不足，目前L3、L4級智能駕駛趨勢加速，各家車企也在為高階智能駕駛汽車量產(chǎn)提前布局，激光雷達行業(yè)將持續(xù)放量。

東北證券研究所汽車行業(yè)首席分析師 邢重陽：后續(xù)帶有高級別智能駕駛的車型的放量，有望拉動整個激光雷達行業(yè)的出貨量。激光雷達在未來的兩三年，整個市場空間有望達到200億元以上。

【中國工程院院士：“光纖傳感應(yīng)用，我們在國內(nèi)外都是最厲害的”】

45年前，當美國人剛提出光纖傳感這個概念，姜德生已做出了產(chǎn)品——光纖風壓計，解決了國家發(fā)展的需求。

45年來，姜德生建成了從基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)開發(fā)到工程應(yīng)用的全鏈條研發(fā)平臺。他常謙虛地說：“發(fā)文章，我們在國內(nèi)都排不上號，但是說起光纖傳感的應(yīng)用，我們在國內(nèi)外都是最厲害的?！?/p>

11日晚，武漢理工大學(xué)隆重舉辦第三屆“卓越之光”理工故事展演會。不懈地追“光”者姜德生院士、96歲退休教授徐長佑、杭州亞運會女子跳遠冠軍熊詩麒等，8個動人故事澎湃著卓越的理工精神和理工力量。

■院士親自下礦井

21世紀初，我國煤礦瓦斯爆炸事故頻發(fā)，造成了巨大的生命和財產(chǎn)損失。瓦斯爆炸事故的主要原因是瓦斯氣體傳感技術(shù)落后，為解此燃“煤”之急，姜德生院士曾先后多次到煤礦實地調(diào)研。

“卓越之光”理工故事展演現(xiàn)場，姜德生院士團隊王洪海教授講述，有一次在鄭煤集團某煤礦，姜院士說：“現(xiàn)場調(diào)研，必須到環(huán)境最惡劣、最危險的地方。”他堅持親自到具有高瓦斯突出危險的掘進作業(yè)面實地考察。

姜德生先是乘升降罐籠下到200米深礦井，再蹲騎“猴車”乘纜索下行至巷道，然后繼續(xù)徒步行走將近2公里才到達作業(yè)面。行走途中，耳畔不時傳來煤巖斷裂發(fā)出的“嘭嘭咚咚”聲響，這是瓦斯氣體涌出煤層噗噗冒起的水泡聲，其危險程度不言而喻。還有礦井通風巨大的風力夾裹著煤粉沙礫生疼地打在臉上、鉆入眼睛里。

這一年姜德生院士58歲，就在這樣惡劣又危險的環(huán)境下，他與煤礦技術(shù)人員探討實驗方案。他無懼危險、無畏困難、嚴謹務(wù)實的工作作風感動了在場的所有人員。陪同的省煤炭廳領(lǐng)導(dǎo)感慨地說：“我們經(jīng)常跟高校和科研院所合作研究，從來沒見過教授親自下井，更何況是院士。他是腳踏實地，把論文寫在祖國大地上。”

■他將產(chǎn)品做到進口價1/10

光柵波長解調(diào)模塊是光纖傳感設(shè)備最核心的器件，被國外某公司壟斷，他們享有定價權(quán)，指頭蓋大小的東西，比黃金還貴，哪怕是大批量采購也不降價。這樣被別人“卡脖子”，姜德生感到很憋屈，他下定決心自己研發(fā)。

三年艱苦攻關(guān)，姜德生另辟蹊徑，做了一個新原理的調(diào)解模塊，價格還不到進口價格的1/10。后來，該公司主管曾三次找姜院士主動提出降價，希望還采購他們的模塊，這次姜院士婉言謝絕了他們。

范典教授講述了另一個故事。2005年他剛畢業(yè)留校就參加了姜德生帶領(lǐng)的油罐和隧道的火災(zāi)探測系統(tǒng)開發(fā)。當時新建的秦嶺終南山隧道是國內(nèi)最長的隧道——雙洞18.2公里。業(yè)主單位在火災(zāi)探測產(chǎn)品的招標中安排了一個擂臺賽。主辦方找了一段試驗隧道，各家都裝上自己的產(chǎn)品，做點火試驗。

在火災(zāi)中，報警時間短是王道，響應(yīng)越早意味著危險越小、損失越少。姜德生團隊的報警響應(yīng)不僅最快，還實現(xiàn)了20km無中繼的火災(zāi)探測。“即使隧道里停電了都可以正常工作，這些都是國外的技術(shù)無法比擬的?！狈兜湔f。

后來業(yè)主還是不放心，雙洞隧道，姜德生團隊和國外公司，各中標一條隧道。但國外產(chǎn)品安裝后一直無法通過消防驗收，三年后，他們的設(shè)備也被拆除，更換為姜德生團隊的產(chǎn)品。從那之后，國外的光纖火災(zāi)探測產(chǎn)品逐步退出了中國市場。

“現(xiàn)在我們的火災(zāi)探測產(chǎn)品已經(jīng)累計裝備了30000km的公路隧道，3000個大型油罐等?！狈兜湔f，這項技術(shù)還孵化了光纖傳感領(lǐng)域首家上市公司——理工光科，為學(xué)校創(chuàng)收上億元。

面對國家戰(zhàn)略需求，面向工程應(yīng)用的需求，姜德生院士團隊孜孜不倦，一次次帶領(lǐng)團隊破解“卡脖子”技術(shù)，為光纖傳感設(shè)備配上“中國芯”。姜德生還將大容量光柵陣列傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成功運用到“鄂州花湖機場智能跑道系統(tǒng)”，這也是世界首條實現(xiàn)全時全域監(jiān)測的智能跑道。

【韓國、荷蘭組建“芯片聯(lián)盟”：阿斯麥與三星將共建芯片研究中心】

當?shù)貢r間周二(12月12日)，阿斯麥與三星電子簽署了一項備忘錄，將共同投資1萬億韓元(約合7.04億歐元)，在韓國建立研究中心，利用下一代極紫外(EUV)***研究超精細芯片制造工藝。

這一事件的背景是，尹錫悅從周一起對荷蘭進行為期4天的國事訪問。根據(jù)日程，當?shù)貢r間周二，尹錫悅將與荷蘭國王威廉·亞歷山大、三星電子會長李在镕和SK集團會長崔泰源共同走訪半導(dǎo)體設(shè)備制造商阿斯麥總部，與該公司現(xiàn)任首席執(zhí)行官彼得·溫寧克參觀主要設(shè)施，并探討加強芯片供應(yīng)鏈和技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域合作的方案。

這也是1961年兩國建交以來，韓國總統(tǒng)首次對荷蘭進行國事訪問。尹錫悅抵達荷蘭后，受到荷蘭王室和政府官員的歡迎。

阿斯麥是全球唯一能生產(chǎn)EUV***的廠商，而三星電子和SK海力士都是阿斯麥的主要客戶，按銷售額計算，韓國是阿斯麥的第二大市場。韓國總統(tǒng)室稱，尹錫悅將成為首位參觀荷蘭“無塵室”生產(chǎn)設(shè)施的外國領(lǐng)導(dǎo)人。

在阿斯麥總部舉行的會議上，阿斯麥與三星電子簽署諒解備忘錄，將在韓國共建芯片研究中心；此外，阿斯麥還與SK海力士簽署了一項協(xié)議，將合作開發(fā)旨在降低芯片制造能耗的技術(shù)。

韓國官方聲稱，此次阿斯麥與三星電子的合作，使韓國在超精細芯片制造技術(shù)方面又領(lǐng)先了一步，并預(yù)計阿斯麥與SK海力士的交易將為韓國帶來一個更加環(huán)保的芯片制造設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)。

尹錫悅表示：“韓國和荷蘭之間的合作范圍正在擴大，從防務(wù)和安全等戰(zhàn)略領(lǐng)域擴大到經(jīng)濟和文化交流，以及尖端科學(xué)和技術(shù)交流。隨著此次訪問期間許多協(xié)議和諒解備忘錄的簽署，韓國與荷蘭的關(guān)系將進一步深化?！?/p>

尹錫悅在接受采訪時說，半導(dǎo)體是韓荷兩國關(guān)系的“關(guān)鍵”，目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“在戰(zhàn)略上比以往任何時候都更加重要，這使得這次對荷蘭的訪問特別有意義”。

他表示，他對阿斯麥的訪問將標志著兩國關(guān)系的“關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點”，而討論芯片合作會是他訪荷行程的重中之重。

韓國貿(mào)易部長Ahn Duk-geun表示：“今天是半導(dǎo)體制造強國韓國和荷蘭重新結(jié)盟的一天。新的雙邊伙伴關(guān)系將使全球芯片供應(yīng)鏈更加穩(wěn)固，并將刺激更多的技術(shù)創(chuàng)新?！?/p>

【IBM、美光、應(yīng)用材料、東京電子宣布合作建設(shè) High-NA EUV 研發(fā)中心】

12 月 12 日消息，今天早些時候，紐約州長凱西?霍楚爾（Kathy Hochul ）宣布與 IBM、美光、應(yīng)用材料、東京電子（東京威力科創(chuàng)）等半導(dǎo)體巨頭達成合作，投資 100 億美元，在紐約州 Albany NanoTech Complex 建設(shè)下一代 High-NA EUV 半導(dǎo)體研發(fā)中心。

▲ 圖源：IBM

根據(jù)聲明，負責協(xié)調(diào)該設(shè)施建設(shè)的非營利性機構(gòu) NY Creates 將利用 10 億美元州政府資金向 ASML 采購 TWINSCAN EXE:5200 ***。

紐約州表示，一旦機器安裝完畢，該項目及其合作伙伴將開始研究下一代芯片制造。官方聲明指出，該項目將創(chuàng)造 700 個工作崗位，并帶來至少 90 億美元的私人投資。

此外，官方還強調(diào)，這將是北美第一個也是唯一一個擁有 High-NA EUV 光刻系統(tǒng)的公有研發(fā)中心，將為開發(fā)和生產(chǎn) 2nm 節(jié)點甚至更先進的芯片鋪平道路。

▲ 圖源：IBM

【如何選擇溫度傳感器？】

溫度傳感器種類繁多，應(yīng)用也極為廣泛，在我們?nèi)粘Ｋ璧钠嚒?a href="http://m.greenbey.cn/soft/data/39-96/" target="_blank">消費電子、家用電器等產(chǎn)品上都存在一個至數(shù)個溫度傳感器。較比其他種類傳感器，溫度傳感器出現(xiàn)的最早，相繼出現(xiàn)了熱電偶傳感器、RTD鉑電阻和集成半導(dǎo)體溫度傳感器等多種溫度傳感器，并且隨著技術(shù)的發(fā)展，新型溫度傳感器還在不斷涌現(xiàn)。

常用測溫方案對比

溫度傳感器的使用非常廣泛，大到工業(yè)過程控制中的溫度變送器，小到家庭必備的電子體溫計都需要通過溫度傳感器來實現(xiàn)溫度檢測，但在這些應(yīng)用場景中，所采用的測溫方案是不同的。

根據(jù)測溫原理，測溫方案主要有如下幾大類：

熱電偶

鉑電阻RTD

熱敏電阻NTC

CMOS溫度傳感器

熱電偶溫度范圍最寬，可達-200℃~2000℃，使用時需要外部參考端，較為復(fù)雜。鉑電阻RTD精度高，范圍范圍也比較寬，但成本較高，外圍電路復(fù)雜。NTC熱敏電阻成本較低，但精度有限，本身具有溫度系數(shù)大和非線性輸出的特點。CMOS溫度傳感器又稱為IC溫度傳感器，包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。與上述三種溫度傳感器相比，CMOS溫度傳感器具有非常高的線性度，低系統(tǒng)成本，功能集成度高，外圍簡單，能支持數(shù)字輸出，主要缺點是測溫范圍一般集中在-40℃~125℃，較為局限。

用一張圖表來對比，更加直觀：

通過以上對比，大家已經(jīng)了解了幾種測溫方案的差異，這些差異也決定了不同的應(yīng)用場景。熱電偶和RTD兩種方案測溫范圍寬，使用復(fù)雜，所以基本局限在工業(yè)應(yīng)用。熱敏電阻NTC因為低成本和相對易于使用的優(yōu)點使其應(yīng)用非常廣泛，例如汽車上的水溫、油溫、發(fā)動機進氣溫度、缸內(nèi)溫度到尾氣溫度，家電和小家電中的空調(diào)、冰箱電飯煲等等這些都是NTC的主戰(zhàn)場，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的環(huán)境溫度測量、水溫探頭，電子體溫計等也都是采用以NTC為主的測溫方案。

CMOS數(shù)字溫度傳感器過去主要以IC形態(tài)存在，采用標準IC的SOP8腳封裝，用在電子產(chǎn)品中的板級測溫，比如硬盤、主板上，輸出信號以I2C接口為主，也有部分采用模擬電壓輸出。隨著摩爾定律的發(fā)展，基于CMOS工藝的數(shù)字溫度傳感器性能越來越好，成本也越來越低。

下面我們就介紹一下集中溫度傳感器的典型產(chǎn)品：

熱電偶傳感器

熱電偶傳感器包含兩種不同的金屬，二者通過熱電偶接點在一端結(jié)合在一起。當熱電偶接點與導(dǎo)線另一端處于不同的溫度時，會產(chǎn)生毫伏信號，且接點處就是測量溫度之處。這兩種金屬產(chǎn)生的電壓較小，可以通過控制系統(tǒng)進行測量和解讀。兩種金屬各自絕緣，有一個外涂層來保持密切的雙線結(jié)構(gòu)。

鉑電阻溫度傳感器：

RTD傳感器根據(jù)0°C時的標稱電阻、電阻溫度系數(shù)和公差等級來指定。

標稱電阻是傳感元件在0°C時的電阻。例如，在pt100 RTD中，0°C時的標稱電阻為100歐姆，材料為鉑。電阻溫度系數(shù)是電阻隨溫度每單位變化的變化，該值應(yīng)盡可能高。鉑金的電阻溫度系數(shù)等于0.00392。這意味著，溫度每變化1℃，鉑絲的電阻將變化0.00392歐姆。

公差等級是RTD在標稱溫度即0°C下的精度。IEC751中對鉑RTD進行了定義。ptRTD 在0°C時的精度為±0.3°C。RTD元件由鉑、銅或鎳制成。鎳鐵合金也用作傳感元件，其導(dǎo)熱率與鎳相似，但電阻率是鎳的兩倍。

熱敏電阻NTC

NTC熱敏電阻是指具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻。是使用單一高純度材料、具有 接近理論密度結(jié)構(gòu)的高性能陶瓷。因此，在實現(xiàn)小型化的同時，還具有電阻值、 溫度特性波動小、對各種溫度變化響應(yīng)快的特點，可進行高靈敏度、高精度的 檢測。

CMOS溫度傳感器

CMOS溫度傳感器利用CMOS晶體管的溫度特性來進行溫度測量。在CMOS晶體管中,晶體管的閾值電壓與溫度成反比。利用這個特性,可以通過測量晶體管的閾值電壓來得到溫度值。具體來說,CMOS溫度傳感器由一串串聯(lián)的CMOS晶體管組成,這些晶體管的寬度和長度相同,且都是相同類型的晶體管。通過在不同的晶體管上加上不同的電流,可以使得每個晶體管的閾值電壓與溫度呈線性關(guān)系。通過測量這些晶體管的閾值電壓,可以得到溫度的近似值。ST推出了最新TMOS傳感器STHS34PF80。TMOS傳感器是基于CMOS技術(shù)，利用在自然界中，任何高于絕對零度（-273.15℃）的物體就存在分子和原子無規(guī)則的運動，物體都在不斷地向外釋放紅外輻射能量。輻射能量的大小及其波長與物體表面的溫度有著密切的關(guān)系，TMOS傳感器通過測量FOV范圍內(nèi)的物體隨著溫度的變化，判斷輻射的能量值及波長，來判斷物體的存在狀態(tài)和運動狀態(tài)。可以測量物體的絕對溫度，5-20um的紅外輻射。廣泛應(yīng)用于智能家居、樓宇、節(jié)能燈控、工業(yè)溫度狀況監(jiān)測、IoT等。

MEMS溫度傳感器IC

該傳感器配有一個全新設(shè)計的ASIC專用芯片、一個經(jīng)過改進的MEMS電容式濕度傳感元件和一個標準的片上溫度傳感元件，其性能已經(jīng)大大提升甚至超出了前一代傳感器的可靠性水平，新一代溫濕度傳感器，響應(yīng)迅速、抗干擾能力更強，經(jīng)過改進使其在惡劣環(huán)境下的性能更穩(wěn)定。這種傳感器可廣泛應(yīng)用于暖通空調(diào)、除濕器、測試及檢測設(shè)備、消費品、汽車、自動控制、數(shù)據(jù)記錄器、氣象站、家電、濕度調(diào)節(jié)、醫(yī)療及其它相關(guān)濕度檢測控制等領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇