传感器耐用性：如何经受时间的考验
2026-02-27
柔性触觉传感器在智能机器人、可穿戴设备、医疗健康监测等领域有巨大的应用潜力。然而，柔性触觉传感器耐久性问题一直是制约其大规模商业化和长期稳定应用的核心挑战之一。
例如，机器人抓取东西时，如果手部的触觉传感器不耐用，抓取精度就会变差，东西容易掉落，甚至引发安全事故。
什么是耐久性？
耐久性（耐用性，Durability）是指柔性触觉传感器在长期使用过程中，抵抗各种破坏因素（如机械磨损、疲劳、化学腐蚀、环境老化等），保持其正常工作能力的特性。它不仅涉及传感器的物理结构完整性，还涵盖其电学性能的稳定性。
换句话说，耐久性决定了传感器在实际应用中的使用寿命和可靠性。这项性能直接关系到传感器能用多久、工作靠不靠谱，是衡量其工业应用价值的重要指标。
如何测量耐久性？
传感器耐久测试是评估传感器在长期使用或极端环境下性能稳定性和可靠性的重要手段。为了准确评估柔性触觉传感器的耐久性，研究人员开发了一系列标准化的测试方法，模拟其在实际使用中的工况。
针对柔性传感器，还可进行弯曲测试和拉伸测试，模拟实际使用中的形变情况。
耐久性的影响因素？
目前，柔性触觉传感器的耐久性面临着一些难题：
材料老化：高分子材料在高温、高湿或者紫外线照射下，分子结构会发生变化，变得不再柔韧，容易变脆。
机械疲劳：传感器经常受到机械力的作用，时间长了就会出现疲劳损伤，最终导致结构损坏。
环境复杂：传感器需要在各种复杂环境下工作，比如高温、高湿、有腐蚀性物质的环境，但很多传感器难以在这些环境中长期稳定运行。
测试不统一：现在不同研究机构和企业测试传感器耐久性的条件和评价标准不一样，这使得测试结果很难进行比较。
如何提高耐久性？
材料创新
高性能高分子材料：研发耐热、耐湿、抗紫外线的高分子材料。像聚酰亚胺（PI）和聚醚醚酮（PEEK），机械性能和化学稳定性都很好，常被用来制作传感器的基底。
纳米复合材料：把碳纳米管、石墨烯、金属纳米线等纳米材料和高分子材料结合在一起，能提高传感器的导电性和机械强度。
自修复材料：开发可以自我修复的材料，当传感器出现损伤时，材料能够自动修复裂纹和缺陷，延长使用寿命。
结构优化
微结构设计：设计金字塔、半球状等特殊结构，或者复合微凸体、三维多孔结构，提升传感器的灵敏度和耐久性。
多层结构设计：把不同功能的材料叠加在一起。不同材料之间容易出现兼容问题，有学者提出用均质界面锁定策略，用水性聚氨酯（WPU）作为界面材料，能让传感器承受 10 万次以上的循环操作。
柔性连接设计：改进电气连接方式，使用柔性导线和弹性连接件，减少机械应力对传感器的损害。
封装改进
柔性封装材料：开发具有良好柔韧性和密封性的封装材料，如柔性硅胶、聚氨酯等，能够有效隔离传感器与外界环境的接触，减少化学腐蚀和机械损伤。
真空封装技术：采用真空封装技术，将传感器置于真空环境中，减少氧化和化学腐蚀的可能性。
增加保护层
在传感器表面涂上防水、耐磨的涂层，就像给传感器穿上一层保护衣，抵御外界的侵蚀和机械损伤。
加强测试
多进行高温高湿、循环弯曲、冲击等测试，及时发现传感器在设计和制造过程中存在的问题，并加以改进。
未来展望
未来，随着材料科学和制造技术的不断进步，柔性触觉传感器的耐久性有望得到进一步提升。研究人员将继续探索高性能材料、优化结构设计和改进封装技术，以满足实际应用中的耐久性需求。同时，制定统一的耐久性测试标准也将成为未来研究的重要方向。
参考文献：
[1]Yang M, Cheng Y, Yue Y, et al. High‐Performance Flexible Pressure Sensor with a Self‐Healing Function for Tactile Feedback [J]. Advanced Science, 2022, 9(20).
[2]Zhao W, Li K, Li Z, et al. Flexible Pressure Sensor Arrays with High Sensitivity and High Density Based on Spinous Microstructures for Carved Patterns Recognition[J]. Advanced functional materials, 2025,35(11):2417238.
[3]Deng W, Wang S, Ren X, et al. Highly durable MXene-based pressure sensor enabled by homogeneous interfacial locking[J]. Wearable Electronics, 2024,1:236-243.
埔慧科技柔性触觉传感器
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