综述：柔性铁电压力传感器

《Sensors and Actuators A: Physical》：Flexible ferroelectric pressure sensor

　　

摘要

由于具备自供电功能、高灵敏度以及出色的机械柔韧性，柔性铁电压力传感器已成为下一代柔性电子产品的关键技术平台。本综述系统总结了该领域的最新进展，重点探讨了从单一组分优化向铁电材料、功能基板、柔性电极及器件结构的多维度协同设计转变的趋势。首先介绍了典型铁电系统的基本工作原理，随后阐述了提升性能的主要策略，包括有机铁电材料的分子设计、聚合物-陶瓷复合材料的界面工程、高性能无机材料的柔性集成，以及用于应力调节和信号放大的微观结构设计。文中特别强调了有助于缓解灵敏度与线性工作范围之间长期矛盾的层次化微观结构。此外还介绍了其在可穿戴健康监测、电子皮肤以及人机交互等领域的应用实例。最后，从材料可靠性、可规模化制造、多功能集成以及多模态传感与人工智能的融合等方面，分析了当前面临的挑战与未来的发展机遇。

章节要点

引言

在智能控制、状态监测和安全预警系统中，压力传感器能够将机械应力转化为可处理的电信号，从而实现对外部载荷的定量评估。这一功能是环境感知的基础之一。随着对机器人触觉感应和可穿戴监测需求的不断增长，传统刚性压力传感器在与曲面贴合、空间分辨率等方面的局限性逐渐显现，

柔性铁电压力传感器的基本原理与关键参数

柔性铁电压力传感器的核心功能是通过机电耦合过程将机械刺激转化为可测量的电信号。[33]、[34]这一功能的实现不仅取决于一般的压电响应，还与晶体对称性、铁电畴行为以及介电响应等若干关键物理因素密切相关。[7]、[35]本章将从压电基础、

柔性铁电压力传感器的材料与器件设计

如今，要实现高性能的柔性铁电压力传感器，已不再依赖于对单个材料组分的局部优化。[64]、[65]、[66]相反，更注重对铁电介质层、功能基板、柔性电极以及机械力传递路径的协同设计。近年来的研究进一步表明，决定器件性能上限的关键问题正在从某种特定材料类别转向

应用领域

凭借良好的生物相容性、机械柔韧性以及机电转换能力，柔性铁电压力传感器正从单点检测向连续监测、空间映射以及闭环交互方向发展。因此，本章的核心问题不再是哪些材料可以使用，而是不同的应用场景需要怎样的材料属性组合、结构特征以及器件级性能表现

结论与展望

尽管在材料与器件层面都取得了快速进展，但仍有两个根本性瓶颈阻碍着柔性铁电压力传感器的大规模实际应用。首先是缺乏一种能够同时兼顾材料自身性能、环境稳定性以及长期可靠性的统一解决方案；其次是器件性能、制造复杂度与系统集成之间的工程权衡问题。未来

作者贡献说明

杨莉：论文撰写与修改、资金获取、概念构思。王莎莎：论文撰写与修改、指导工作。赵文博：实验研究。王晓天：实验研究。顾宇哲：论文撰写与修改、指导工作。史凯才：初稿撰写。金成恩：论文撰写与修改、初稿撰写、实验研究。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究工作的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（62304112、22505112）、江苏省自然科学基金（BK20230359）以及南京邮电大学人才引进自然科学科研启动基金（NY221111、NY225006）的资助。

金成恩目前就读于南京邮电大学集成电路科学与工程学院（产教融合学院），攻读学士学位，导师为杨莉教授。他的研究兴趣主要集中在柔性电子材料与器件的设计、柔性铁电压力传感器，以及用于人体动作监测和智能交互的柔性可穿戴传感系统方面。

金成恩|史凯才|顾宇哲|王晓天|赵文博|王莎莎|杨莉