當被要求描繪一個你知道的印刷傳感器時，你很可能會想象一個用于測量血糖濃度的測試條，畢竟，這種測試條占據了印刷傳感器市場的大部分，全世界糖尿病患者每年使用數十億條這種測試條。然而，這種無處不在的應用程序掩蓋了一個高度復雜、支離破碎、在某些情況下迅速增長的市場，其應用范圍從圖像傳感到可穿戴電極。

近日，IDTechEx發布新的報告，涵蓋了整個印刷和柔性傳感器領域，總的來說，印刷傳感器構成了最大的印刷電子市場。據IDTechEx預測，盡管連續血糖監測（CGM）持續取代印刷葡萄糖測試條，但IDTechEx預測到2030年印刷傳感器市場將達到45億美元，因此，許多新的應用和技術的興起推動了該市場的增長。

當前，在這個多樣化的應用空間中，一些傳感器由一個非常簡單的結構組成，只有幾層，而其他傳感器則要復雜得多，需要沉積多層和復雜的創新材料。有些傳感器采用逐張絲網印刷，而另一些傳感器則采用連續的逐卷印刷。大多數是在低成本的柔性大面積基板上，但也有一些是在CMOS器件或各種紡織基板上發現的。

每一個傳感器類別都試圖提供一個不同于現有技術的價值主張，并有一個使用印刷作為制造方法的特定動機。此外，在走向廣泛采用的道路上，每種技術和商業都面臨著不同的挑戰。新的IDTechEx報告全面評估了支撐每個印刷傳感器類別的技術，以及參與者、市場定位和商業前景。

印刷和柔性傳感器包括廣泛的技術和應用，包括有機和混合光電探測器、壓阻和壓電壓力傳感器、可伸縮應變傳感器、溫度傳感器、皮膚貼片印刷電極、生物傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器，電容式觸摸傳感器的ITO替代品。本文將簡要回顧每種傳感器的支撐技術、市場前景。

一、混合圖像傳感器

混合圖像傳感器是一個特別有前途的類別。它們由有機半導體或印刷在硅讀出電路上的量子點的薄膜（幾百納米）組成。與現有的硅CMOS探測器相比，它們提供了三種不同的價值主張：可調諧的帶隙，可在更長的波長下實現NIR和SWIR成像；電壓依賴的靈敏度，使空間可變的中性密度濾波器成為可能；更快速的電荷收集，使之更易于實現全局而不是卷簾式快門。

關鍵的是，混合圖像傳感器可以使用重新調整用途的CMOS線制造，大大降低了資金要求，并促進更快速的采用。CMOS上的OPD技術即將在廣播攝像機中推出，而CMOS上的QD技術已經在商業上可用，并且隨著材料的熱穩定性和光通量穩定性，將過渡到更高功率的室外應用。因此，該技術可以從室內微光檢測轉移到室外應用，例如用于自主車輛的SWIR成像。

這種顛覆性的混合方法滿足了真正的市場需求，表明將可打印的功能材料與標準技術和制造方法相結合，可以在降低采用門檻的同時顯著提高性能。

二、大面積圖像傳感器

基于印刷有機光電二極管（OPDs）的大面積圖像傳感器是一項創新技術，它完全改變了傳統的CMOS圖像檢測技術，超越了其他大面積圖像傳感器技術的優勢。這項技術有兩個相關的價值主張：與大面積a-Si圖像探測器不同，它靈活輕便，并且原則上可以使用連續制造方法以低成本快速打印。

但是，如今大面積圖像傳感器的制造商很少，這些制造商主要將生物識別技術作為一種相對高價值的應用，因此可以避免與CMOS競爭。在一個提議的應用中，屏幕下的大面積圖像傳感器使4個指紋能夠同時成像，而現有技術要么成像單個手指，要么需要復雜的光學系統成像大面積。

雖然技術上令人印象深刻，但大面積圖像傳感似乎主要是由技術推動而不是制造商的需求驅動的。值得懷疑的是，這種功能是否比現有方法有足夠的優勢來克服采用的入門障礙，尤其是在指紋識別必須與現有方法競爭的情況下。

三、壓阻傳感器

印刷壓阻力傳感器是一種長期的應用，廣泛應用于汽車傳感器、樂器、工業設備和一些醫療設備中。雖然這些市場有些商品化，但該行業正在創新，以獲得新的、差異化的、更高價值的應用。

一個例子是3D觸摸面板，它可以測量作為功能位置的作用力，從而比現有的電容式觸摸面板能夠識別復雜的人機界面手勢。供應商繼續瞄準手機、電腦游戲和汽車內飾。其他創新包括檢測接近度但需要用力驅動的混合電容/壓阻傳感器陣列、作為電動工具安全裝置的壓阻手柄，以及通過滾動進行加工制造。

區分壓阻傳感器的挑戰在于，許多應用不需要復雜的功能，如3D觸摸或接近感測。此外，收入流可以隨著不同的產品周期而廣泛波動，需要非常積極地開發應用程序管道。相對較低的技術復雜性也可能意味著進入壁壘和價值捕獲較低。這說服了一些人在價值鏈中向更高的方向發展，提供了完全集成的解決方案。

四、壓電傳感器

壓電傳感器產生的電壓是對外力的響應，而不是改變其電阻。與壓阻傳感器一樣，它們也可用于力傳感，但制造成本更高，集成也不那么簡單。因此，制造商主要針對利用其獨特功能的應用，特別是對高頻振動的敏感性。

當前的印刷和柔性傳感器中，涵蓋了兩種可印刷壓電材料：聚合物和含無機物的復合材料。前者在商業上有了更大的發展，但兩者仍在發展中。印刷壓電傳感器的商業困難在于，它們的性能介于兩種簡單的技術之間：價格合理的壓阻式壓力傳感器和敏感的剛性陶瓷壓電傳感器。因此，壓電傳感應用相當小眾，除非能量收集的技術準備水平顯著提高以實現自供電傳感器。

在這些材料具有獨特性能的情況下，一個更好的價值主張是用于柔性高頻驅動器（即用于醫療治療的可穿戴超聲發生器）。

五、電容式觸摸的ITO替代品

長期以來，ITO（Indium Tin Oxides：氧化物半導體-氧化銦錫）替代品的開發一直受到ITO缺點的推動：靈活性有限，導電性有限，以及銦價格和供應鏈的影響。新興的替代品包括銀納米線、碳納米管和各種形式的金屬網膜。這些替代品提供了較低的板材阻力，較高的靈活性，有時甚至是三維成型應用的可拉伸性。

有趣的是，更多的替代品被印刷，或解決方案處理。Ag納米線和碳納米管可以溶液涂覆，而精細特征線的混合或直接印刷的進展使得部分或完全印刷的金屬網膜的線寬小于3um。

盡管近20年來一直試圖將其解封，但ITO仍然是目前用于觸摸屏的透明導電材料。這種流離失所的部分原因受到諸如穩定性或霧度之類的技術問題的阻礙，特別是，ITO供應商奉行的保護市場份額的主導戰略，以及此前銦價下跌的支撐，推動了市場的艱難整合。

盡管如此，這些替代品終于在柔性或3D形狀的物體、大面積多點觸控電容式觸摸屏上找到了市場，甚至在如今的低成本觸摸屏上也找到了市場。IDTechEx的這份報告包括對不同技術選擇的詳細的技術和商業基準、應用路線圖以及由Ag納米線、碳納米管、ITO膜和各種形式的混合或印刷金屬網分割的市場預測。

六、電容式應變傳感器

多年來，各種部分或完全印刷的可拉伸應變傳感器已經開發和商業化。事實證明，基礎技術演示相對容易，但并不是每個供應商都能以較低的成本成功過渡到大批量生產能力。

主要的挑戰是，柔性應變傳感器一般不會取代現有的產品，這意味著需要開發全新的市場。為了應對這一挑戰并獲取更多價值，許多供應商提供垂直集成的“解決方案”。

經過多年的發展，在工業位移傳感、可穿戴電子設備和連續病人監測方面的機會正在出現。

七、溫度傳感器

印刷也可以用來制造溫度傳感器，使用硅納米顆?；蛱技{米管的復合油墨。鑒于溫度測量需要基于共形襯底的良好熱接觸傳感器，這似乎提供了一個明確的價值主張。

他們面臨的主要挑戰是成本低、重量輕，并且普遍采用非常成熟的解決方案，如熱敏電阻和電阻式溫度探測器。它們可以與柔性熱導體一起部署，從而在一定程度上抵消了印刷溫度傳感器的價值主張。因此，它們最適合需要使用共形陣列的空間分辨率的應用，例如監測皮膚投訴。監測電動汽車電池的溫度是另一種可能的應用，但這種應用尚未被廣泛采用，可以通過多個熱敏電阻來實現。

八、氣體和濕度傳感器

氣體和濕度傳感器也可以打印，雖然目前大多數是由陶瓷而不是有機材料制成。其中一些陶瓷被印刷成具有極高固化溫度的“厚膜”，使它們與柔性基底不兼容。新興的方法是基于功能化碳納米管和其他有機半導體。多個性質稍有不同的傳感器可以組合成一個“電子鼻”，它們的復合輸出對每個分析物顯示不同的“指紋”。

氣體傳感器已經在許多工業環境中使用，并且隨著人們對空氣污染的擔憂增加，它可能會越來越多地被采用。與某些行業不同，敏感度和分析物差異化的空間很大，導致市場分散。另一個有前途的長期應用，其中印刷氣體傳感器提供獨特的能力，是直接印刷到食品包裝上，以測量食品降解。然而，這可能需要開發柔性混合電子，通過持續制造，以及開發諸如柔性集成電路等使能技術，使這種能力具有成本效益。

九、生物傳感器

按收入和產量計算，最大的印刷傳感器類別是印刷生物傳感器，主要由葡萄糖測試條構成，年需求量達數十億。然而，由于采用方便的連續血糖監測，使用量正在逐漸下降，這一趨勢將繼續增長。與此同時，由于監管者試圖控制測試價格，削弱了利潤率，出現了巨大的價格壓力和商品化。盡管如此，這仍然是印刷和靈活傳感器領域最大的業務量和收入。重要的是，印刷生物傳感器不局限于葡萄糖傳感，一系列其他傳感器正在出現。

十、可穿戴電極

如今，大多數中間電極都是由一個金屬扣件和一個電解凝膠組成，但這些扣件只能在短時間內使用。為了持續監測，印刷電極正逐漸被應用到皮膚貼片中，因為它們使用時間更長，可以與導電互連（也可以印刷）一起集成到產品中，并且具有靈活性。可穿戴電極也非常適合健身環境，并已集成到電子紡織品中，以舒適的方式監測心率。隨著用于連續監測的軟件的發展，印刷可穿戴電極的醫療和健身應用可能會增加，從而產生更大的需求，盡管電子紡織品的耐用性仍然是消費者關注的問題。

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