上海交大:发布全新碳气凝胶传感器,功能多样化超厉害

2023-12-19
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【上海交大:发布全新碳气凝胶传感器,功能多样化超厉害】


压阻传感器在健康监测、人机交互、机器人传感等多个领域都备受青睐。开发具有生物相容性、高灵敏度和机械坚固性的工程结构压阻传感器是热门研究领域之一。研究基于静电作用和氢键的协同作用,通过单向冷冻铸造和碳化,用细菌纤维素、壳聚糖、氧化石墨烯和石墨烯构建了一种高性能混合碳气凝胶。


碳气凝胶具有独特的片状和纤维状交替结构,反映了结构良好的 "桥梁 "的稳定性。在这个类比中,层状结构起到了稳定 "大梁 "的作用,而纤维则是不可或缺的 "支撑索"。有序的微观结构有助于均匀的应力传递,从而产生了一种基于碳气凝胶的传感器,它具有很高的压阻线性灵敏度(150 kPa-1)、出色的机械稳定性(3000 次压缩循环)和快速的响应/恢复时间(120/90 ms)。压阻传感器可实时检测人体生理信号,并有效区分细微的不同声音信号,从而实现声音可视化。此外,它还能在极端条件下(200 °C和-196 °C)正常工作。所制备的压阻传感器有望在下一代空间压力监测、可穿戴电子设备和声音可视化等领域得到广泛应用。


图文导读

图1.C-BCGs的制造示意图。



图2.(a)石墨烯和(b)GO的TEM图像,(c)BC纳米纤维的SEM图像,(d)C-BCGs的光学图像,(e)C-BCGs和(f)C-RBCG的横截面SEM图像,(g)FTIR光谱,(h)XRD光谱和(i)GO/G 纳米片,BC/CS框架和C-BCGs的拉曼光谱。

图3:(a)C-BCG3-6 气凝胶在不同应变下的压缩应力-应变曲线;(b)C-BCG3-6 气凝胶的能量损失系数与之前发表的论文;C-BCG3-6 气凝胶在 50%应变下的循环压缩应力-应变曲线,外力(c)垂直于冻结方向,(d)平行于冻结方向。气凝胶的有限元分析,应力(e)垂直于冻结方向,(f)平行于冻结方向。(g) SEM 图像和 (h) C-BCG3-6 内部微观结构示意图。


图4. (a) 压阻传感器和 (b) 压缩机制示意图,(c) C-BCG3-6 传感器的 S,(d) C-BCG3-6 传感器在不同外部压力下的 I-V 曲线,(e) C-BCG3-6 传感器在不同变形下的 I-t 曲线,(f) C-BCG3-6 传感器的响应时间和恢复时间,以及 (g) C-BCG3-6 传感器在 50%应变下 3000 次循环的抗疲劳性。


图5. (a) 不同压力下 LED 亮度的变化,(b) 高温和 (c) 低温下的稳定响应。(d) 表示不同单词的莫尔斯电码信号,(e) 基于蓝牙模块的莫尔斯电码测试原理图,(f) 肘部弯曲信号,(g) 手指不同弯曲角度信号,以及 (h) 缓慢吹气和快速吹气信号。



图6:(a) 实验设备示意图;(b-d) 不同英文引文的识别曲线;(e-h) 不同自然声音(风声、雷雨声、狗叫声和青蛙呱呱声)的识别曲线;(i) 整架钢琴的音乐视觉效果;(j) 不同章节的声谱和电流谱对比。


小结

综上所述,我们从工程力学原理中汲取灵感,以GO/G纳米片为导电填料,以BC纳米纤维为骨架,以CS颗粒为增强粘结剂,通过单向冷冻铸造和碳化工艺制备了各向异性的C-BCG3-6。与传统的气凝胶不同,C-BCG3-6 利用多维混合材料的优势,具有类似桥梁中 "大梁 "和 "钢索 "的稳定微观结构。这种特殊的片状和纤维状有序交替的微观结构可促进稳定的应力传递,从而在保持高传感性能的同时,获得优异的机械性能。


基于 C-BCG3-6 的压阻传感器在 0-6.80 kPa 的压力范围内具有高线性灵敏度(150 kPa-1)、快速响应/恢复时间(120/90 ms)和出色的再现性(3000 次循环)。凭借这些特点,该传感器能对压力-电能相互转换做出出色的实时响应,在极端环境下也能很好地工作,并能监测人体的各种运动。此外,该传感器还能很好地识别和转换环境声信号,即使信号很弱,传感器的输出响应曲线也与原始声谱高度一致。基于各向异性 C-BCG3-6 的压阻传感器有望在人机交互、可穿戴设备、智能传感等领域拥有广阔的应用前景。


传感动态

【激光雷达龙头图达通落子重庆 项目产能将达40万台】

近日,激光雷达龙头企业图达通投资的AME(先进制造工程)及车载激光雷达研发制造项目正式签约落地西部(重庆)科学城。


项目将围绕激光雷达开展工艺研发、测试及生产制造,达产后年产能40万台激光雷达,带动激光雷达产业链上下游企业集聚,有利于重庆市、西部(重庆)科学城激光雷达产业链强链补链,提高汽车零部件本地配套率。

公开资料显示,图达通是全球图像级激光雷达及解决方案提供商,公司成立于2016年,在硅谷、苏州和上海设有研发中心,在宁波和苏州拥有高度工业化的车规级激光雷达制造基地。


图达通相关负责人介绍,其图像级超远距激光雷达猎鹰(Falcon)已于2022年3月28日作为蔚来ET7自动驾驶超感系统的标配量产交付,是全球首批量产上车的高性能激光雷达。国际权威研究机构Yole Intelligence发布的《2023年全球车载激光雷达市场与技术报告》显示,图达通获2022年度全球“乘用车(PC)及轻型商用车(LCV)车载激光雷达市场”销量和营收额的双料冠军。


目前图达通已助力9款车型完成了交付,在国内外图达通还与图森未来、挚途科技、智加科技、易控智驾、DeepWay、千挂科技、Driveblocks等多家商用卡车企业,蘑菇车联、曹操出行等Robotaxi企业以及智慧城市、智慧高速、智慧轨交、智慧航运、智慧港口等应用领域客户有着广泛的合作。


截至2023年11月,图达通高性能激光雷达车载市场累计交付突破20万台。“我们不断聚焦产品正向开发,目前已实现车周完整感知硬件产品组合及自研软件平台的软硬件全面覆盖,为行业提供灵活可选择的产品矩阵。”图达通相关负责人说。


“作为科技创新的策源地,科学城正大力发展智能网联新能源汽车核心零部件产业,这里营商环境优越,因此我们最终决定在这里落户。”图达通相关负责人表示,今后将不断助力西部(重庆)科学城在智能网联新能源汽车核心零部件领域深耕布局。


“我们将进一步围绕智能网联新能源汽车核心零部件,深挖行业头部潜力,以优质项目落户助推科学城智能网联汽车产业发展,加速推动我市首个智能网联新能源汽车核心零部件产业园的建设工作。”西部(重庆)科学城相关负责人表示。


据悉,智能网联新能源汽车产业是西部(重庆)科学城产业发展重中之重,重庆市委市政府在科学城着力打造40平方公里的重庆汽车电子产业园,当前区内已集聚长安跨越等多家汽车整车制造企业;也引入了金康动力、博泽汽车、科博达、西部科学城智能网联汽车创新中心暨李克强院士工作站、奥松半导体、中科创达、驭势科技等智能网联新能源汽车产业企业40余家,初步构建涵盖整车、关键零部件、汽车软件、智能网联、新型储能等领域产业体系,汽车产业保持高位增长,呈现良好态势。


【奥迪威:精耕细作迎接“智能传感”时代】

“公司的成长规律与红木类似,需要长久积累才能有所建树。”奥迪威董事长、总经理张曙光称,公司成立24年来,一直“扎根”传感器领域,聚焦自立自强实现创新发展。


近日,上海证券报联合北交所开展的2023年“北交所万里行”调研活动走进奥迪威。在公司展厅内,AK2车载超声波传感器、流量传感器等产品吸引众多投资者驻足欣赏。


被称为“北交所传感器第一股”的奥迪威,是北交所开市以来首批从新三板创新层走上北交所的企业。展望未来,公司将借助资本市场的力量进一步在细分领域内大展拳脚。


专注才能长远

“做好产品,沉淀技术,是企业长远发展的关键。”张曙光表示,奥迪威一路发展壮大,源于“在传感器领域做出好产品”的初心。


奥迪威成立于1999年,英文名称是“AUDIOWELL”,其中“AUDIO”是指音频,表明公司专注超声波技术,WELL是指“好”,整体意思就是公司要在超声波传感器领域做出好产品。


传感器是高精密智能制造产品,欧美国家对其准入标准非常高。奥迪威董事会秘书梁美怡介绍,公司对标日本、德国等国家的知名传感器企业,经历了从“跟跑”到“领跑”的发展过程。


如今,经过多年的研发和积累,奥迪威车载超声波传感器已经进入国内汽车制造厂商的前装供应链,并取得了一定的市场占有率。张曙光表示,在超声波传感器领域,部分车企的供应链企业此前试图取代奥迪威,但最终还是转向与奥迪威合作。


专注传感器核心技术研发,是奥迪威高质量发展的动力源。张曙光表示,部分企业上市后市场竞争力快速下降,主要是其失去了自身特定优势,但奥迪威在细分领域的地位一直很稳固,根本优势在于持续专注和研发创新,从而不断为客户创造价值。


2023年前三季度,奥迪威研发费用为3066.50万元,同比增长37.14%,占当期营收的比重为9.11%。梁美怡说,奥迪威高度重视产品技术研发,每年都会拿出营收的8%至9%投向技术升级和研发创新。


上市收获满满

2022年6月14日,奥迪威在北交所上市,成为广州首家从新三板创新层申报到北交所上市的企业,也是广东第12家北交所上市企业。张曙光称:“公司这次上市恰逢其时”。


奥迪威在北交所上市,从申报到过会仅用时4个多月。彼时,业内人士表示,奥迪威快速登陆北交所虽是个案,但彰显了国家对拥有核心自主知识产权企业的支持力度。


张曙光表示,奥迪威借上市“东风”,拥有了更多更好的资源去创新求变。招股书显示,奥迪威北交所上市募资将投向“高性能超声波传感器产线升级及产能扩建项目”“多层触觉及反馈微执行器开发及产业化项目”和“技术研发中心项目”。


如今,奥迪威上市已有一年半时间。在张曙光看来,奥迪威在北交所上市的获得感,还体现在企业信誉度提升等方面,可以在客户端、市场端获得更多商业机会,并且有了更多资源进行产品迭代升级,从而吸引更多优质客户。


2023年前三季度,奥迪威实现归母净利润6414.99万元,同比增长50.28%。公司称,业绩增长主要是产品核心竞争力提升,取得了下游市场和客户认可,需求订单增加形成规模效应,并且积极拓展新产品、新应用领域,加强与海外客户的紧密对接。


此外,上市后的奥迪威公司治理更为成熟。据张曙光介绍,公司在市场各方监督之下,各个方面持续保持规范运作,围绕公司经营目标严格按照流程执行,并且上市后会用好股权激励等工具,更好地与员工分享公司的发展成果。


迎接“智能传感”时代

传感器属于物联网感知层及执行层的核心基础电子元器件,也是我国“强基工程”的核心关键部件之一。张曙光打比方说:“智能传感器应用于汽车、电器等设备,是为了让人们在使用相关设备时延伸出另一个层面的‘眼睛’和‘手脚’。”


“我们将一如既往地做好自己。”张曙光表示,随着5G、物联网及其相关产业的快速发展,传感器作为数据采集的唯一功能器件,未来市场规模将逐步扩大。


数据显示,受汽车、工业自动化、医疗等领域的智能化、数字化需求带动,2023年全球传感器市场规模预计为2032.2亿美元,全球智能传感器市场规模预计为487.2亿美元。


目前,在奥迪威的智能传感器应用领域中,市场潜力较大的是新能源智能汽车和智能机器人。张曙光表示,奥迪威作为应用产业链上游的传感器和执行器研发生产企业,会持续深入研发这两个领域的相关产品。


在张曙光看来,机器人的感知能力非常重要,需要加装大量传感器,但行业当前能够提供成熟方案的企业并不多。奥迪威将践行“做好人,做好产品,共创美好生活”的企业理念,以一个个优秀的产品迎接即将到来的“智能传感”时代。



【全球感知体验领导者瑞声科技与UltraSense达成战略合作】

12月15日,全球感知体验领导者瑞声科技(AAC)与触摸感应方案提供商UltraSense Systems(以下称UltraSense)宣布建立战略合作伙伴关系。

为了更好满足消费者对极简化触摸界面的需求,双方将基于UltraSense TouchPoint HMI控制器和瑞声科技旗下全品类触感解决方案RichTap[gf]ae[/gf]的合作,融合多模传感和触觉感知核心技术,针对汽车和消费电子市场提供全面的触控解决方案,以加速智能固态表面的市场应用。

触控、压力和触觉反馈作为人机交互的必需技术,缺一不可。UltraSense TouchPoint HMI控制器将多模式触摸感应、照明控制和算法处理完全集成在单个芯片中,为新一代人机交互界面提供动力,目前已在智能手机、汽车中控、汽车方向盘和充电口系统等场景量产;瑞声科技RichTap[gf]ae[/gf]线性马达和渲染控制引擎则可以在不同场景中实现多维触觉体验。


此次瑞声科技与UltraSense强强联合,优势互补,可将多模触控、背光控制以及触觉反馈融合成完整解决方案所需的开发周期大幅缩短,同时加速极简高效固态触控方案替代机械按键,提供金属等不同材质表面触控和滑动操控等功能,未来有诸多创新方向和想象空间,将进一步提高用户的触控体验。


除了设计和开发方面的合作,瑞声科技和UltraSense之间也达成了商务端的战略合作,将同步探索和推进战略客户的联合推广和销售。


"高质量触觉体验的需求,正在快速从智能手机扩展到智能汽车。"瑞声科技执行副总裁潘开泰表示,"AAC已经推出了应用于智能座舱的软硬件一体化的汽车触觉解决方案,集成了AAC的高性能X轴线性马达及相关触控算法。通过和UltraSense的合作,我们可以在虚拟按钮、方向盘等应用场景提供完整、卓越的触控体验。"


"我们持续关注有战略协同的优秀公司和团队,合作推动相关行业解决方案体验的提升。"瑞声科技战略投资总监马岩表示,"灵敏感知与真实反馈是高质量触觉交互方案的基础,我们很高兴能与UltraSense达成战略合作来为客户提供行业最优质的触控方案。"


"我们和AAC的合作为汽车OEM和一级、二级供应商大大简化了完整触控方案的开发和落地。"UltraSense Systems的创始人兼CEO Mo Maghsoudnia表示,"通过将我们自有专利的触摸、压感及平面传感解决方案与AAC的RichTap[gf]ae[/gf]触觉解决方案相结合,我们正在为用户重新定义触控体验,同时使生产制造商更容易采用新的固态表面技术。"


【立讯精密将收购射频芯片制造商Qorvo位于北京和山东德州的工厂】

美国射频芯片制造商威讯联合半导体有限公司宣布,双方已达成最终协议,公司将把位于北京和山东德州的组装测试业务出售给立讯精密。如果满足监管及其他条件,两家公司预计在2024年上半年完成交易。




公告显示,北京和德州工厂主要制造Qorvo高集成先进蜂窝产品。交易完成后,立讯精密将收购两家工厂的业务和资产,包括物业、厂房、设备及现有员工,以保证运营的连续性。而Qorvo将继续保留其在中国的销售、工程及客户支持员工。立讯精密会根据新签订的长期供应协议为Qorvo组装和测试产品。


在交易完成之前,中国北京和德州工厂会作为Qorvo全球制造网络的一部分继续运行。而在交易完成后,公司组装、封装和测试业务会由位于美国、哥斯达黎加和德国的工厂及第三方外包合作商继续进行。


Qorvo是一家射频芯片制造商,射频前端是无线通信系统的核心模块,其客户包括了全球主要的手机品牌。根据Yole的数据,2022年其全球市占率达到15%,居于全球第三。苹果公司是其最大客户,截至4月的2023财年,来自苹果的收入贡献占比高达三成。同时,受益于中国手机品牌崛起,该公司近半收入来自中国。


市场认为,此次收购有利于立讯精密继续深入苹果供应链。回顾该公司历程,从代工苹果电脑、iPhone、iPad连接线到代工AirPods,再到代工Apple Watch、iPhone整机,目前立讯精密已经成为苹果最新的高价值MR产品Vision Pro制造商。期间,立讯精密通过投资并购不断扩大产品布局,提升在苹果供应链中的地位,已是iPhone三大组装厂商之一。


在射频模块,立讯精密通过投资台湾上市公司宣德切入板对板连接器和RF射频连接器,并在2017-2018年募资扩建电声器件及音射频模组项目,但在手机领域的射频前端芯片还未有布局。





【五种常见工业传感器大盘点】

目前,全球主要国家和地区都在强调工业4.0升级,其本质是打造数字化和柔性制造生产模式。现阶段,挖掘数据价值进而实现智能化升级成为工厂自主革新的要点。工业传感器赋予工厂和外界“沟通交流”的能力——通过传感数据构建数字网络来优化生产设备。当然,这个过程也带动了工业传感器的需求量大涨。根据MarketsandMarkets的报告,全球工业传感器市场规模预计将从2021年的206亿美元增长到2026年的319亿美元,期间该市场预计将以9.1%的复合年增长率增长。接下来,本文将盘点工业上常见的五种传感器。


01工业传感器的特点

从概念上看,工业传感器是用于石油、化工、冶金、电力、机械制造等各种工业场景的传感器,泛指在工业制造过程中能将感受的力、热、光、磁、声、湿、电、环境等被测量数据转换成电信号输出的器件与装置。


在自动化技术的基础上,目前全球主要国家和地区都在部署和攻坚工业4.0。在此过程中,传统传感器和通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等融为一体,成为工业智能传感器。如下图所示,目前亚太、北美和欧洲地区是工业4.0的重点区域,因此对工业智能传感器的需求量更大,厂商纷纷设立办事处。


02五种常用的工业传感器

①符合AEC-Q100标准的轴上磁性位置传感器

位置传感器主要用于检测产品和设备的具体位置,根据实现原理的不同,可以分为自动平衡式位置传感器、超声波位置传感器、电容式位置传感器、压力式位置传感器、电磁式位置传感器等。在工业制造场景中,除了我们开篇提到的工业产线流程控制案例,位置传感器还可以用于工业电机、太阳能跟踪器、风机涡轮机等大型设备的位置控制。


②采用IsoSensor技术的数字压力传感器

压力传感器是指将系统中的压力信号转换为可输出信号的装置,根据测试压力类型的不同,可以分为压阻式压力传感器、电容式压力传感器和压电式压力传感器等。压力传感器的应用范围极为广泛,比如产线注塑、冲模、压缩、增压等程序都需要压力传感器,此外航空安全系统、矿山测试系统以及医疗检测系统等也会用到压力传感器。





③适用于空间受限应用的接近传感器

接近传感器能够检测被检测物的移动信息和存在信息,与位置传感器相比,一般接近传感器的响应更灵敏,根据实现原理不同,可分为电容式、电感式和光电式。接近传感器在工农业、航天和医疗领域都有广泛的应用,典型的应用包括防误触、避撞、唤醒等。




④高精度的可编程数字陀螺仪

陀螺仪是测量被检测物角度、角速度和角加速度的传感器设备,陀螺仪的种类也有很多,仅电子式就有压电陀螺仪、MEMS微机械陀螺仪、光纤陀螺仪和激光陀螺仪等不同类型。陀螺仪最典型的应用就是提供方位基准,帮助矿山、交通、航天、生物医学、环境监控等领域的精密仪器实现定位和姿态控制。




⑤高精度、低功耗的振动传感器

振动传感器是指将系统中的机械量通过内部机械装置和机电转换装置转化为电信号的传感器,根据机电转换装置的不同,有电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式等丰富的类型。振动传感器在防盗、故障检测和精度检测等领域应用广泛,尤其是后两者,随着工业设备精密度提升,振动传感器可以第一时间捕捉到异常震动,防止因为紧固件松动等原因造成的系统故障。
















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