传感新品

【深圳大学：研究面向实时步态分析的摩擦电纳米发电器纺织传感器】

摩擦电纳米发电机(TENG)通过摩擦起电和静电感应的耦合效应实现自供电，因结构简单、小型、轻量化的优势成为可穿戴传感器件的理想选择。基于织物结构的TENG进一步赋予可穿戴器件柔软、舒适的特性，为生理信号无创监测提供了一种新思路。以芯壳结构的纱线为标志的织物型TENG与传统织物有良好的兼容性，但常规的同轴纺丝、涂层、覆膜、包纱等芯壳纱线制备方式，易出现芯层导电纤维和壳层摩擦电材料之间结合性差，导致芯壳间电阻增大，或因壳层不均匀导致电荷泄漏，以及受力时易滑移脱落等问题。这些问题使织物型TENG灵敏度和稳定性较低。

针对这一问题，深圳大学微流控与软物质课题组孟思副研究员、孔湉湉教授、刘洲研究员，提出利用同轴共轭静电纺丝结合导电粘合剂涂层的方法，实现高灵敏度、高稳定性、灵活柔软，适用于多种纺织结构的芯-壳纳米纤维同轴纱线（NCYs）的大规模制备，展示了NCYs及其衍生纺织品在人体不同部位生理信号监测的灵活性，并利用平纹织物结构的NCY-TENG开发一种高灵敏度、抗菌、透气、耐洗特性的智能鞋垫，是用于糖尿病足患者实时步态监测的理想选择。

图1 纳米纤维同轴纱线编织的织物型TENG原理及其在步态监测中的应用示意图

1、纳米纤维同轴纱线（NCYs）的制备过程及性能表征

为设计芯-壳结构稳定、具有高灵敏的NCYs，作者采用了同轴共轭静电纺丝结合导电粘合剂涂层的方法（图2a），分别采用PA66及PVDF-TrFE聚合物溶液作为两种摩擦带电性不同的NCYs壳层纺丝材料，芯层材料均采用柔性不锈钢纤维；并在同轴共轭静电纺丝过程中添加一道导电粘合剂同步涂层工艺（其中粘性组分为PVA，导电组分为液态金属，银纳米线为抗菌主要成分），以减小NCYs芯壳间的界面间隙（图2b、2c为涂层工艺作用对比），增加芯壳间的粘附性（图2d），以降低接触电阻，提高结构稳定性及输出效率。通过共轭静电纺丝工艺形成两种NCYs壳层为500-1000um左右的纳米纤维的结构（图2e-2h）。该方法能够大规模制备高柔韧性、灵活性的NCYs（图2i-2k），与传统织物具有良好的兼容性（如图2l）。

图2 纳米纤维同轴纱线的制备过程、形貌及力学性能表征

2、PA66基与PVDF基NYCs形成织物型TENG（NCY-TENG）的电信号产生机理及性能

NCY-TENG可以通过不同极性的PA66基和PVDF基两种壳层材料的 NCYs的进行加捻或或编织的方式来设计（图3a），并通过接触分离(C-S)模式产生电信号，在外力作用下，两种NYCs之间的接触面积增大，两者之间的电位差随之增大。导电粘合剂涂层工艺对提高NYCs输出效率起重要作用（图3b），而共轭静电纺丝工艺则进一步提高NYCs制成的织物型TENG的灵敏度（图3c），不同壳层厚度的NYCs具有不同的输出效率，通过调节共轭静电纺丝工艺转速可实现NYCs壳层厚度的调控（图3d、3e）。

图3 pa66基与pvdf基NCYs复合纺织品电信号产生机理及性能

3、利用NCYs构建具有平纹编织结构的NCY-TENG，及性能测试

得益于NCYs柔软、灵活的类纺织品特性，可通过常规的纺织机（图4a）制备与多数传统织物兼容的平纹编织结构的NCY-TENG。作者通过搭建基于往复马达的步态模拟测试系统（图4b），测试了平纹NCY-TENG在检测人类运动中典型的力频率和大小的能力；测试过程覆盖典型步态频率1~3.5Hz下的输出信号，我们发现这种织物在0.5-3.5 Hz的频率范围内能够产生稳定而明显的电信号，确认NCY-TENG在步态监测中的适用性。更高频率的压力会使输出电压（Vout）随之增大，而在恒定频率（2hz）下， Vout也随着外力的增加而增加（图4e）。结果表明，NCY-TENG可以通过测量不同压力下的电压响应来实时监测足底应力，满足步态分析的要求。另外，平纹NCY-TENG在低频下展示了优异的灵敏度及信噪比，3Hz条件下测试对外力的灵敏度高达8.36 V/kPa（图4f），在频率仅为0.3Hz、0.01 kPa的周期性超低压力下仍能够产生稳定和高质量的电信号（图4g），性能超过大多数纤维型或织物型TENG传感装置（图4h），证明NCY-TENG在人体低频、微弱生理活动监测中的可靠性及有效性。耐久性方面，NCY-TENG在超过10000次3hz、0.4 kPa循环应力的作用下，测试前与测试后的Vout差小于1%，展现了优异的长期稳定性。

图4 平纹编织结构NCY-TENG的制备工艺、性能测试系统及输出性能

4、利用NCYs构建复合纱形态的NCY-TENG及其结构、性能和应用

为增强NCYs在可穿戴设备中的多功能性，除了上文展示的平纹NCY-TENG，作者还探索了NCYs的衍生纺织品结构，包括加捻纱、编织纱和罗纹织物等结构。通过加捻和编织的方式分别制成NCY-TENG加捻纱线和编织纱线（图5a-5b）。进一步测试其性能，可发现两种结构的复合纱表现出不同的机械性能和传感性能；在低应力条件下，NCY-TENG加捻纱比编织纱表现出更优异的灵敏度，但编织纱线可以检测到更大的应力范围（图5c）。这种差异主要是由于编织纱中NCYs的是更宽松的弯曲状编织，在低应力下导致更小的纤维接触面积，降低电荷转移效率，但这种结构同时赋予NCYs织物一定拉伸性。作者展示了高灵敏、轻量化的NCY-TENG加捻纱在颈部吞咽等细微动作检测的潜力（图5d-5f）。可拉伸的NCY-TENG编织纱则适合跟踪手指等较小关节的运动（5g-5i），扩大NCYs在不同可穿戴场景的适用性。

图5复合纱线形态NCY-TENG的结构、性能及应用

5、利用NCYs构建罗纹针织结构NCY-TENG及其结构、性能和应用

具有罗纹针织结构的NCYs衍生纺织品可通过常见的针织装置制得（图6a），并将其融入日常可穿戴物品中，与平纹NCY-TENG相比，罗纹NCY-TENG具有更宽的线性可测压力范围，但其灵敏度表现较差（图6b），这种性能差异是由于其松散的圆形编织结构；而罗纹NCY-TENG的可拉伸性使其非常适合监测肘部等较大关节的运动。利用这一特性，可将罗纹NCY-TENG整合到商用肘部保护套中（图6c），可准确，准确感知肘部不同角度的弯曲，跟踪肘部运动（图6d-6e）。

图6 罗纹针织结构NCY-TENG的制备工艺、结构、性能及应用

6、基于平纹结构NCY-TENG设计步态监测智能鞋垫

选择了高灵敏度、结构平整的平纹NCY-TENG作为步态监测鞋垫基本构成单元（图7a-7b），并将15个平纹NCY-TENG设置在足部区域的关键足压力点。为评估步态监测鞋垫的有效性，实验者通过穿戴内置智能鞋垫的鞋子进行各种站立和行走活动，测试不同的步态条件对足底压力分布的影响，测试每个平纹NCY-TENG单元的Vout。通过Ansys有限元分析进行仿真，进一步可视化鞋底的压力分布（图7c-7e），揭示了不同步态类型（标准步态、内向步态、外向步态）的压力分布的关键差异，表明步态监测鞋垫能够提供准确的压力映射以识别不同步态状态下独特的足底压力。另外，得益于NCYs的优势，平纹NYC-TENG纺织品具有出色的透气性（图7f）及耐洗涤性，在超过30次洗涤循环后，仍能保持原始输出电压的94%左右（图7i），结合粘合剂涂层工艺赋予NYCs的抗菌性能（图7g-7h），平纹NCY-TENG智能鞋垫在可穿戴步态监测方面展现出巨大的潜力，特别是针对糖尿病足患者的步态检测。

图7 平纹编织NCY-TENG制作的智能鞋垫，用于步态监测及使用性能的展示

本工作开发的NCYs及其衍生纺织品，由于其高灵敏性、优异的类纺织品特性及功能可扩展性在可穿戴生理活动监测方面展示了很好的应用潜力，这些纺织品不仅适用于糖尿病足患者步态、关节活动等身体运动信号的实时监测，在可穿戴电子设备及智能纺织品领域也具有广阔的应用前景。

传感动态

【河南郑州：同比增长18.6%！小小传感器 做成大产业】

今年以来，各地大力发展高技术制造业，加快培育新质生产力。河南郑州，瞄准高端传感器产业，短短三年时间，相关企业数量翻番，产值增长了20%。当地的传感器产业是如何变大变强的？来看记者调研。

记者来到郑州几家大型传感器企业时，正赶上他们推出新产品，运动鞋里植入可弯折的触觉传感器，监测人的运动数据；传感器变成“电子皮肤”，能用到人形机器人上；柔性生产线上用上视觉传感器，可以对2000多款不同的铝板进行精准识别。

生产线传感器研发设计负责人苗庆伟：这样一条柔性生产线，靠这个传感器全管住了，效率和准确度进了好几个台阶。

传感器被称为新一代信息技术产业里的“神经元”，也是物联网的关键零部件，最近几年，新能源车生产、工厂智能化改造、城市更新加快步伐，都带来大量的传感器需求。在郑州传感器产业最集中的智能传感谷里，记者转了一圈发现，这样的小型供需对接会随时都在举办。

然而过去一段时间，郑州当地所生产的传感器，研发周期长，迭代速度慢。面对新一轮的传感器应用大爆发，郑州如何抓住机遇乘势而上？一类新型科研机构在当地悄然生长。

在新设的河南省智能传感器产业研究院里，记者留意到一个有意思的细节：尽管大家身着同一种工服，但名牌上的这排小字却不尽相同，有的是传感器企业的，有的是大学的，有的是物联网公司的，还有的来自行业协会。

河南省智能传感器产业研究院工程师王栋：跟咱河南的烩菜一样，很多料，很多人，每个人的职责不一样，功能不一样，但是又发挥各自的优势，最终和谐地在这个“锅”里组合在一起。

河南省智能传感器产业研究院副院长陈海永：就像我们一季度完成的这个激光气体传感器，它就涉及了光路、结构、电路、工艺这些方面，还有程序算法等等，我们就集合不同的人来做不同的部分，来更好满足市场的需求。

新型科研机构打开了从“0”到“1”的窗口，但为了让新产品加速上市，还需要破解从“1”到“100”的难题。在政府引导下，一条拥有100多套高端精密制造设备的中试产线将通过产业联盟的方式实现共享共用。

今年一季度，郑州规模以上传感器及相关制造业增加值同比增长18.6%，发展步伐进一步加快，越来越多的传感器企业正在向高技术制造业进阶，向新技术领域进发，向高端市场进军。

郑州高新区智能传感器产业链链长王德敏：不进就会退，有进才有机会。我们这个产业要往上走，就必须保持住不断突破自己的进取心。

【横河电机23年财报：中国市场需求衰退】

5月7日，横河电机（Yokogawa）发布了2023年财年（2023年4月1日至2024年3月31日）业绩报告，该公司订单量收入为5420亿日元，较上一财年5184亿日元，同比增长4.5%；销售额为5402亿日元，较上一财年4565亿日元，同比增长18.3%；营业利润由上年同期的444亿日元，同比增长77.4%至788亿日元；销售利润率(ROS)由上年同期的9.7%，提升至14.6%。

不同业务板块的订单、销售和销售利润

报告期内，该公司控制业务（工业自动化和控制业务）订单额由上年的4854亿日元，增加270亿日元，至5124亿日元；测量仪器业务订单额由上年同期的286亿日元，下滑27亿日元，至259亿日元；新业务及其他订单额由43亿日元，下滑7亿日元，至26亿日元。

销售额方面，其控制业务收入为5038亿日元，较上年同期4276亿日元，增加763亿日元；测量仪器业务收入为318亿日元，较上年同期251亿日元，增加68亿日元；新业务及其他收入为45亿日元，较上年同期的38亿日元。

营业利润方面，其控制业务由上年同期的411亿日元，大幅增加306亿日元，至717亿日元；测量仪器业务由上年同期的46亿日元，增加35亿日元，至81亿日元。

横河电机称，控制业务销售额因生产零件及项目采购品的采购环境改善、涨价策略实施政策效果、后疫情大型订单计入销售额、汇率变动影响等因素而增加；营业利润因销售额增加带来的毛利增加等而增加。

测量仪器业务订单减少。销售额由于生产零部件的采购环境的改善等，订单余额的消化不断增加。营业利润随着销售额的增加而增加毛利等。

中国市场需求出现较大变动

控制业务不同地区的订单和销售额

2023财年，横河电机控制业务订单额为5124亿日元，其中日本本土为1345亿日元、海外为3780亿日元，占比分别为26.25%，73.77%

在海外市场，该公司来自印度、中东、非洲地区的订单额持续上升，来自中国地区的订单额持续放缓。中国地区的订单额由上年同期的761亿日元，下滑至659亿日元，降幅高达103亿日元。

在销售额方面，该公司控制业务销售额为5038亿日元，其中日本本土贡献了1290亿日元、海外为3749亿日元，占比分别为25.6%，74.4%

不过，与订单额下滑不同，该公司来自中国的销售额增加74亿日元，由上年的668亿日元，增长至741亿日元。

该公司表示，客户中长期投资意愿仍在，不会有太大变化；能源相关需求稳定及原材料产业投资有望恢复。中国地区的市场需求继续衰退，但部分已出现触底迹象。

2024财年业绩预测

据预测，横河电机2024财年订单额将同比增长4.3%至5650亿日元；销售额将同比增长4.2%，至5630亿日元；营业利润将下滑4.8%，约38亿日元，至750亿日元。

该公司表示，坚挺的能源需求和原材料产业的投资恢复，将拉动订单和销售额增加。

不过，由于销售构成变动等导致毛利率恶化、对未来增长的先行投资增加、以及人力成本开支的增长等预计营业利润减少。

【香港特区政府拟拨款 28 亿港元，设立半导体研发中心】

5 月 19 日消息，综合《南华早报》、香港中通社报道，香港特区立法会本周五已经批准拨款 28.4 亿港元，设立一个专注于开发半导体的研究中心 —— 香港微电子研发院。

这笔拨款在经过立法会财务委员会长达 3 小时的会议之后得到批准，将为微电子研发院的成立铺平道路，将引领大学、研发中心和产业界合作研发第三代半导体。据悉，香港特区还将批准另一项计划：将 100 亿港元（当前约 92.7 亿元人民币）用于“新工业化加速计划”。

据报道，该研究中心将落地元朗创新园，容纳两条第三代半导体的试验生产线，并允许初创公司、中小企业在将产品商业化之前完成运行测试。此外，该中心生产的半导体还有望用于开发新能源汽车、实现可再生能源解决方案。

香港创新科技及工业局局长孙东在立法会强调，香港创科的领导力、突破力举世公认。之前主要欠缺中游的转化及下游产业发展，是“缺条腿”。建设这个研发院的目标，是建立一个多功能平台，能够支撑大学、研发中心和业界的顶尖人员聚一起，吸引全世界的人才、资本，甚至是技术到香港，最终会在香港开启半导体产业新天地。

香港特别行政区行政长官李家超去年在施政报告中首次宣布了半导体相关举措。而在此次会议批准的“新工业化加速计划”之中，指定“战略重点行业”的公司将获得每个项目最高 2 亿港元（当前约 1.85 亿元人民币）的资金支持。

【曝特斯拉将在中国建立自驾数据中心！还要采用 NVIDIA 最先进芯片】

5 月 19 日消息，据媒体报道，有多名知情人士透露，特斯拉正在考虑在中国收集数据，并在中国建立数据中心进行数据处理以及训练自动驾驶技术算法，进而推动其 FSD 系统的全球部署。

这也是特斯拉 CEO 埃隆 · 马斯克战略转变的一部分，此前其坚持将在中国收集的数据转移到海外处理。

目前，尚不清楚特斯拉将如何处理这些自动驾驶数据，是否会同时采用数据传输和本地数据中心两种方式，或者将两者视为平行计划。

同时还有有知情人士透露，特斯拉已经与美国芯片巨头英伟达进行了谈判，双方正在讨论为中国数据中心购买图形处理器的问题。

然而，由于美国制裁的影响，英伟达被禁止在中国销售其最先进芯片，这可能对特斯拉的计划构成阻碍。

有分析认为，特斯拉在中国的数据中心建设，将有助于公司更好地适应中国复杂的交通条件，利用中国大量场景数据，加速训练自动驾驶算法。

【为什么看好激光雷达——看看激光雷达还有哪些作用】

激光雷达是一种多用途技术，可广泛应用于制图、测距、安防、三维扫描、测量、定位和互动媒体等不同领域。

激光雷达早期应用领域较为硬核。激光雷达（LiDAR）的发展历史可以追溯到20世纪60年代初期，当时的研究主要集中在实验室和军事领域。

1971年，阿波罗15号载人登月任务使用激光雷达对月球表面进行测绘。1978年，NASA成功研制出一种具有扫描和高速数据记录能力的机载海洋激光雷达，用在大西洋和切萨皮克湾进行了水深的测定，并且绘制出水深小于10m的海底地貌。

2003年，NASA根据早先提出的采用星载激光雷达测量两极地区冰面变化的计划，正式将地学激光测高仪列入地球观测系统中，并将其搭载在冰体、云量和陆地高度监测卫星上发射升空运行。

激光雷达不仅可以单独使用，也能够同微波雷达，可见光电视、红外电视或微光电视等成像设备组合使用，使得系统既能搜索到远距离目标，又能实现对目标的精密跟踪。除了大众所熟知的自动驾驶，激光雷达在很多领域也发挥着必不可少的作用。

在大规模应用之前，激光雷达主要用于专业方面，放在飞机、卫星上，这样的场景对激光雷达的精度要求很高，市场规模也不大，也就无法通过摊薄了降低成本。激光雷达早期狭窄的应用面导致成本降不下来。

但是自从激光雷达在L2级辅助驾驶、L4级自动驾驶、手机等消费品上都可以应用之后，市场规模一下子扩大了几十倍。

在民用方面，激光雷达技术可以成功地用于确定水库和大坝的正确建设地点，水库的容量，有关大坝及其溢洪道的所有必要的主要信息，以及取水渠道的正确路线。

激光雷达技术可以被用来评估和记录河流上的三维信息，能够成功地测量河流的横断面、宽度、长度、流速和流量，以预测流量的变化这被应用于复杂地区的地形模拟和洪水实时动态监测中，对评估洪水灾害和风险至关重要。

20世纪80年代引入GPS后，激光雷达成为计算精确地理空间测量值的常用方法。激光雷达可以探测到空气中含有的污染颗粒和野火产生的烟雾颗粒以及硫磺，被广泛地应用于对大气、海洋、陆地和其它目标的高精度遥感探测中。

在城市重要交通路口信号控制系统中集成一个地面三维激光扫描系统，通过激光扫描仪对一定距离的道路进行连续扫描，获得这段道路上实时、动态的车流量点云数据，再进行数据处理获得车流量等参数，根据对东西向和南北向车流量大小的比较以及短暂车流量预测，从而自动调节东西向和南北向信号灯周期。

激光雷达还可用于创建互动媒体。通过使用激光雷达扫描，可以创建虚拟现实（VR）和增强现实（AR）应用。这项技术可以创建逼真的游戏、虚拟体验和互动展示。例如，人们可以使用激光雷达扫描展厅和博物馆，创建交互式 VR 体验。