一、重組國家隊，加強基礎(chǔ)研究，突出創(chuàng)新一一培養(yǎng)多個領(lǐng)域傳感器專業(yè)領(lǐng)軍人才

世界傳感器發(fā)展己經(jīng)到新的階段，以硅基材料為主的MEMS傳感器，無論從工藝、裝備、性能都己到“極限”，我國很難超越了，即使要超越其代價也難以承受，且國內(nèi)基礎(chǔ)研究薄弱，專業(yè)人才匱乏，跟在別人后面亦步亦趨，受制于人是必然結(jié)果。

重組國家隊，是重組而非完全新建，其主要任務(wù)是：

　　加強基礎(chǔ)研究，開展新材料、新原理、新工藝、新結(jié)構(gòu)的新穎(型)傳感器研發(fā);

　　對前沿的、國際上先進的傳感器提前布局和預(yù)研，如石墨烯傳感器、量子傳感器、柔性傳感器等;

　　對國內(nèi)長期沒有解決的關(guān)鍵技術(shù)和工藝、卡脖子的產(chǎn)品進行攻關(guān);

　　提供我國傳感器發(fā)展的頂層設(shè)計、戰(zhàn)略規(guī)劃、實施步署等咨詢意見，供政府決策部門參考。

　　國家隊的資金來源大部分應(yīng)由國家提供。

通過重組國家隊，培養(yǎng)多個領(lǐng)域傳感器專業(yè)領(lǐng)軍人才。國家隊?wèi)?yīng)在一些前沿先進傳感器進行超前布局和安排，如石墨烯傳感器、量子傳感器、柔性傳感器等。

　　1、石墨烯傳感器

石墨烯材料被譽為“黑金”、“新材料之王”，是目前世界上最薄、最堅硬、導(dǎo)電性最好的納米材料?？茖W(xué)家預(yù)言，石墨烯材料將“改變21世紀(jì)”。

可充分利用我國在石墨稀材料研究方面起步較早的優(yōu)勢，如常州有一石墨烯產(chǎn)業(yè)園，石墨烯研究院，鼓勵科技人員開發(fā)出石墨稀傳感器和相應(yīng)的工藝裝備。

要研究石墨稀傳感器，研究石墨稀傳感器的工業(yè)應(yīng)用，有無“替代”目前硅基傳感器在測溫、測壓、測流量方面的可行性。2019年10月25日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心先進碳材料研究部的科研人員，首次制備出以肖特基結(jié)作為發(fā)射結(jié)的垂直結(jié)構(gòu)的硅-石墨烯-鍺晶體管，這是一個非?？上驳某晒锌赡軐鞲衅骷夹g(shù)發(fā)展有石破天驚之作用。

世界各國由石墨烯材料制成的傳感器有：

石墨烯電化學(xué)傳感器:基于石墨烯的電極在電催化活性和宏觀尺度的導(dǎo)電性上比碳納米管更有優(yōu)勢。因此，在電化學(xué)領(lǐng)域，石墨烯電化學(xué)傳感器就有了大展身手的機會。

石墨烯電化學(xué)傳感器的應(yīng)用，有以下優(yōu)點：①體積小，表面積大;②靈敏度高;響應(yīng)吋間快;④電子傳遞快;⑤易于固定蛋白質(zhì)并保持其活性;⑥減少表面污染的影響。

石墨烯氣體傳感器：石墨烯獨特的二維特點使之在傳感器領(lǐng)域具有光明的應(yīng)用前景。巨大的表而積使之對周圍的環(huán)境非常敏感。即使是一個氣體分子吸附或釋放都可以檢測到。當(dāng)然目前檢測可以分為直接和間接檢測。通過TEM可以直接觀測到單原子的吸附和釋放過程，并且觀察到了碳鏈和空位，實時研宂其動力學(xué)過程。

這些技術(shù)提供了一種研究更復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的真實動力學(xué)途徑，并能鑒別未知吸附物的原子結(jié)構(gòu)。通過測量霍爾效應(yīng)的辦法通過霍爾電阻的變化能間接檢測單原子的吸附和釋放過程，極大提高了微量氣體快速檢測的靈敏性。

石墨烯光電傳感器：由石墨烯制作而成的用途廣泛的高光敏度傳感器。這種新型傳感器的關(guān)鍵在于使用了“滯留光線”的納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)能夠比傳統(tǒng)的傳感器更長吋間的捕獲產(chǎn)生光線的電子微粒。這就會導(dǎo)致產(chǎn)生一種更強的電信號，就像數(shù)碼相機所拍攝的照片一樣，它能夠?qū)⑦@種電信號轉(zhuǎn)變成圖像。這種新型傳感器是由新加坡南洋理工火學(xué)的研宄人員研制的，它對可見光和紅外線都高度敏感，這就意味著它可以用于尼康品牌的所有產(chǎn)品。

還有石墨烯生物小分子傳感器、石墨烯酶傳感器、石墨烯電場傳感器、石墨烯磁場傳感器、石墨烯機械傳感器(質(zhì)量傳感、應(yīng)力傳感)等。

　2、量子傳感器

隨著量子控制研宄的深入,量子效應(yīng)將不可避免的在傳感器中扮演重要角色，傳感器自身的發(fā)展有向量子型發(fā)展的趨勢，隨著對敏感元件的要求將越來越高，精確傳感系統(tǒng)必將涉及量子傳感器，量子傳感器基于激光冷卻原子，極可能大幅提升系統(tǒng)性能。而量子傳感器相比于傳統(tǒng)產(chǎn)品則實現(xiàn)性能上的“大躍進”：在靈敏度、準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性上都有了不止一個量級的提高。

在經(jīng)典控制中，測量過程山各種測量儀表完成，其中的變換過程一般由相應(yīng)的測量傳感器完成。測量儀表可以由若千個傳感器以合適的方式聯(lián)接而成,共同完成變換、選擇、比較和顯示功能。與經(jīng)典控制中一樣，量子控制中測量的關(guān)鍵也是被測量和標(biāo)準(zhǔn)量的比較。而量子控制中的可觀測量與量子力學(xué)中的相應(yīng)自共軛算符對應(yīng)，量子系統(tǒng)狀態(tài)的直接測量一般不易實現(xiàn)，需要將被測量按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌跍y量的物理量，進而實現(xiàn)量子態(tài)的間接測量。這一過程可以通過量子傳感器完成。

各種量子傳感器將在量子控制、狀態(tài)檢測等方而得到廣泛應(yīng)用：例如在航空航天、氣候監(jiān)測、建筑、國防、能源、生物醫(yī)療、安保、交通運輸和水資源利用等尖端領(lǐng)域都實現(xiàn)了量子傳感器的商業(yè)化應(yīng)用。

德國成功研制出新型量子傳感器，德國弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所(IAF)和馬普固體研究所發(fā)布消息稱，其科研人員共同研發(fā)出一種量子傳感器，未來可用于測量微磁場，如硬盤磁場和人腦電波。

3、柔性傳感器

柔性傳感器技術(shù)是極具挑戰(zhàn)和潛力的發(fā)展方向，在人工智能、醫(yī)療健康等領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著人機交互、運動健康監(jiān)控等細(xì)分領(lǐng)域的快速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品對傳感器提出了更高的要求，迫切需要具有柔韌、可彎曲、可拉伸、可回復(fù)特性的彈性傳感技術(shù)，以滿足人體穿戴舒適性的需求。

目前柔性傳感器領(lǐng)域最熱門就是柔性可穿戴電子傳感器。柔性可穿戴電子傳感器的信號轉(zhuǎn)換機制主要分為壓阻、電容和壓電三大部分。

　柔性壓阻傳感器。可以將外力轉(zhuǎn)換成電阻的變化(與施加壓力的平方根成正比)，進而可以方便地用電學(xué)測試系統(tǒng)間接探測外力變化。而導(dǎo)電物質(zhì)間導(dǎo)電路徑的變化是獲得壓阻傳感信號的常見機理。由于其簡單的設(shè)備和信號讀出機制，這類傳感器得到廣泛應(yīng)用。

柔性電容傳感器。電容是衡量平行板間容納電荷能力的物理量。傳統(tǒng)的電容傳感器通過改變正對面積S和平行板間距d來探測不同的力，例如壓力，剪切力等。電容式傳感器的主要優(yōu)勢在于其對力的敏感性強,可以實現(xiàn)低能耗檢測微小的靜態(tài)力。在彈性基底上制備電容型透明、可拉伸的碳納米管傳感器，對壓力和拉力同時有響應(yīng)。

　柔性壓電傳感器。壓電材料是指在機械壓力下可以產(chǎn)生電荷的特殊材料。這種壓電特性是由存在的電偶極矩導(dǎo)致的。電偶極矩的獲得是靠取向的非中心對稱晶體結(jié)構(gòu)變形，或者孔中持續(xù)存在電荷的多孔駐極體。壓電系數(shù)是衡量壓電材料能量轉(zhuǎn)換效率的物理量，壓電系數(shù)越高，能量轉(zhuǎn)換的效率就越高。高靈敏，快速響應(yīng)和高壓電系數(shù)的壓電材料被廣泛應(yīng)用于將壓力轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。

柔性可穿戴傳感器的應(yīng)用也非常廣泛，除了具有壓力傳感功能，還具有現(xiàn)實和潛在應(yīng)用的多種功能，體溫和脈搏檢測、表情識別和運動監(jiān)測等。

二、強化傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的研究和建設(shè)一一培育中國傳感器標(biāo)志性企業(yè)

通過“補鏈”、“固鏈”、“強鏈”，實現(xiàn)傳感器產(chǎn)業(yè)鏈高級化，通過MEMS技術(shù)+IC技術(shù)的深度融合，實現(xiàn)傳感器產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化。

“補鏈”：MEMS傳感器專用設(shè)計軟件、智能傳感器專用設(shè)計軟件、可靠性設(shè)計軟件;傳感器產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)(工藝)技術(shù)、傳感器專用檢測技術(shù)。

“固鏈”：傳感器制造鏈條中工藝規(guī)范的固化，檢測方法的固化，封裝規(guī)范的同化。

“強鏈”：傳感器工藝裝備的國產(chǎn)化、檢測裝備的H產(chǎn)化。國家應(yīng)重視傳感器工藝裝備和檢測裝置的研發(fā)和行業(yè)推廣應(yīng)用。

傳感器技術(shù)的提升取決于MEMS技術(shù)和1C技術(shù)的融介深度，這一問題的解決，必須由專門的部門來承折和研發(fā)，如“智能傳感器創(chuàng)新中心”，國家應(yīng)加強資金投入，讓科學(xué)家和工程技術(shù)人員安心研究，無后顧之憂。企業(yè)是不能解決這類問題的，因企業(yè)首要考慮的是盈利和生存問題，何況中國企業(yè)賦稅確實很重、傳感器大部分都是小微企業(yè)。

國家應(yīng)該通過科研項目等方式，在溫度、壓力、流量、液位等主要過程參數(shù)測量行業(yè)，培育一批國內(nèi)傳感器標(biāo)志性企業(yè)。使其在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、市場和品牌方面，逐步具備同國外企業(yè)競爭的能力。如果沒有這個培養(yǎng)的過程，按著近些年的趨勢，國產(chǎn)品牌的傳感器、儀表與國外的差距，會越來越大。因此通過強化傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的研究和建設(shè)一一培育中國傳感器標(biāo)志性企業(yè)也是當(dāng)前傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展要務(wù)之一。

在傳感器產(chǎn)業(yè)化方面，國家應(yīng)該出臺政策：推進國產(chǎn)傳感器、儀表產(chǎn)品在工程上應(yīng)用。要求國內(nèi)主要設(shè)計院，在設(shè)計階段，傳感器和國產(chǎn)品牌儀表的占比，不低于50%。

　三、用好、用活現(xiàn)有的MEMS傳感器芯片工藝線一一培養(yǎng)傳感器大國工匠

傳感器芯片的研發(fā)是推動傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本。傳感器芯片企業(yè)的生存是難中之難，在傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，出現(xiàn)了大部分企業(yè)去搞傳感器應(yīng)用，而不愿搞傳感器芯片的研究和開發(fā)，因為搞傳感器芯片投資大、難度大、見效慢、風(fēng)險島，這里有國家政策、體制、機制等問題，但其本質(zhì)是對傳感器技術(shù)的特點和規(guī)律認(rèn)識不足，如放棄研發(fā)傳感器芯片，傳感器應(yīng)用難以為繼，而且受制于人，會重蹈集成電路芯片之覆轍。不在傳感器芯片上下功夫，不厚積薄發(fā)，想走捷徑，中國傳感器產(chǎn)業(yè)要取得突破性發(fā)展是很難的，甚至是沒有希望的。

這需要國家有關(guān)主管部門下決心、下狠心。

但是，國內(nèi)由4英寸以上MEMS傳感器生產(chǎn)線至少有20條(以傳感器為主的生產(chǎn)線)，其中研發(fā)線5條、壓力線4條、壓力+慣性線3條、慣性線5條，慣性+磁傳感器線1條、磁傳感器線2條。

據(jù)了解，這些生產(chǎn)線除5條研發(fā)線外，存在諸多問題，最主要問題是開工率嚴(yán)重不足。開工率不足的原因是某種傳感器產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化問題沒有解決：

一是沒有解決產(chǎn)業(yè)化的市場，沒有市場需求，或沒有規(guī)模化的市場需求，傳感器產(chǎn)品達不到量產(chǎn)的指標(biāo)和目標(biāo);二是即使有規(guī)?；氖袌鲂枨蠖鴤鞲衅鞯漠a(chǎn)業(yè)化技術(shù)或工藝技術(shù)沒有解決,造成廢品率高，成本增加，或者某些材料和輔料供應(yīng)有問題，工藝線難以開工;三是有些生產(chǎn)線并不完整，缺少某些關(guān)鍵設(shè)備;四是傳感器的工藝線運行成本很髙，沒有足夠的資金支持難以為繼。

有些生產(chǎn)線成為擺設(shè)、供參觀之用。毎一條生產(chǎn)線的建設(shè)均需巨大投資。

希望不要再盲目投資傳感器芯片生產(chǎn)工藝線，而是用好、用足現(xiàn)有的芯片工藝線，這需國家、政府牽線，企業(yè)協(xié)作、共盈，關(guān)鍵是要轉(zhuǎn)變觀點和思維方式，要打破行業(yè)壁壘、要實施聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)工藝線在全行業(yè)“低價格有償”共用;其次應(yīng)將專用的工藝線進行適當(dāng)組合構(gòu)成柔性工藝線;規(guī)劃每條工藝線的專業(yè)分工和主業(yè)產(chǎn)品。這些需發(fā)揮中國特色的優(yōu)勢，發(fā)揮政府的作用。

傳感器可以說是一種“高技術(shù)工藝品”，通過用好、用活現(xiàn)沒的MEMS傳感器芯片工藝線，培養(yǎng)傳感器工藝人才一一進而培養(yǎng)傳感器大國工匠。

四、盡快解決流程工業(yè)變送器“有器無芯”問題一一培養(yǎng)眾多傳感器企業(yè)家

目前，國內(nèi)工業(yè)用壓力傳感器或變送器，包括硅基OEM產(chǎn)品，其核心部件芯片(芯體)97%以上均從國外進口，國外占據(jù)絕大部分國內(nèi)市場，技術(shù)始終在外方手里，我國變送器的生產(chǎn)只是零部件的裝配，無自主知識產(chǎn)權(quán)。

這一問題國家曾經(jīng)下功夫解決，二次攻關(guān)和立項,一次是2008年，由科技部立項，“高性能傳感器關(guān)鍵技術(shù)研宄究”，經(jīng)費1200萬人民幣;另一次是2015年，科技部863支持項目，“高精度硅壓力傳感器技術(shù)研宂及產(chǎn)業(yè)開發(fā)”，經(jīng)費720萬人民幣。但最終均未徹底解決，在行業(yè)影響不大。究其原因，主要有：

①、攻關(guān)目標(biāo)很高，指標(biāo)性能要和國外知名大公司的成熟產(chǎn)品對標(biāo);②、國內(nèi)傳感器的難礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)材料、工藝水平達不到國外同類產(chǎn)品所規(guī)定的技術(shù)指

標(biāo)，與國外同類產(chǎn)品差距較大;③、攻關(guān)中，對技術(shù)提升和性能改善做了很多工作，但產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化研究基本未涉及，特別是某些關(guān)鍵技術(shù)未能突破，加之經(jīng)費所限，形不成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線;④、在確定攻關(guān)的技術(shù)方案上可商榷，技術(shù)人員解決實際問題的能力有限;⑤、項目立項或攻關(guān)的組織形式可推敲，二次都是以變送器(整機)企業(yè)牽頭，有一定局限性;⑤、國家下的決心和力度不大，資金投入太少，對產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)無資金投入。政策支持不夠，采用國產(chǎn)自主知識產(chǎn)權(quán)的傳感器或變送器應(yīng)有優(yōu)惠政策等。

“有器無芯”這一問題必須解決，應(yīng)該解決，而且只要處置得當(dāng)，也能夠解決：

　1.要提升到國家層面來解決，體現(xiàn)國家意志，國家要有大格局，企業(yè)要有大意識。不僅要解決“有器無芯”中傳感器的技術(shù)問題，關(guān)鍵問題，系統(tǒng)性問題，而且要解決傳感器產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)問題，建立傳感器產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)專用線。

體現(xiàn)國家意志，當(dāng)然可由國家有關(guān)部委牽頭，也可由省、市地方政府出面，或兩者聯(lián)合之。

2.解決“有器無芯”問題，對提升傳感器的技術(shù)水平，縮短國內(nèi)外差距，特別是對傳感器后道工序(硬封、焊接、充硅油、封裝等)的工藝研究、工藝裝備制造有重要的作用，有明顯的技術(shù)、經(jīng)濟意義，而且政治意義也不能小覷，如能真正解決該問題，國外產(chǎn)品會立刻降價。

3.不要迷信“招標(biāo)制”。招標(biāo)制這一做法是市場經(jīng)濟的產(chǎn)物。招標(biāo)時把指標(biāo)提得很高，而把價格壓得很低，當(dāng)然引入了競爭機制，有其優(yōu)勢之處，但弊端也不少，如互相攻擊、挖墻腳、走后門、迷信專家，領(lǐng)導(dǎo)定調(diào)。應(yīng)采用“協(xié)商制和招標(biāo)制相結(jié)合的原則”，在協(xié)商時，應(yīng)廣開言路、聽取正反二面意見、打破行業(yè)界線、打破專業(yè)界線。特別希望K：行業(yè)、MEMS行業(yè)、傳感器行業(yè)、應(yīng)用行業(yè)(儀器儀表行業(yè)等)，按照傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的要求實行聯(lián)合攻關(guān)。

4.國家要投錢，地方政府要投錢，企業(yè)當(dāng)然也應(yīng)投錢。但國家應(yīng)投大頭，企業(yè)只能是小頭，實際上過去招標(biāo)中企業(yè)投資所占比例偏高，落實往往很困難。

攻關(guān)成果歸國家所有，全行業(yè)都能應(yīng)用，不屬于僅僅參加攻關(guān)單位。攻關(guān)牽頭單位要憤重，最好由第三方“利益關(guān)聯(lián)度”不大、技術(shù)上比較全而、有相當(dāng)基礎(chǔ)的單位擔(dān)當(dāng)。

　　5.技術(shù)方案要充分論證，要有系統(tǒng)性、可行性、操作性，可分階段實施。從芯片-芯體-傳感器-變送器;專用電路+MEMS工藝集成;器件補償、測試;應(yīng)用-領(lǐng)域-場合-政策等幾個階段分步實施。

結(jié)束語

中國傳感器(技術(shù)、產(chǎn)業(yè))的發(fā)展，經(jīng)歷了近七十年的風(fēng)風(fēng)雨雨，克服了“造船不如買船，買船不如租船”、“用市場換技術(shù)”、“科技創(chuàng)新的主體在企業(yè)”這些認(rèn)識上的偏頗，一路走來：從無到有，從有到全，全而不大，多而不強;成績巨大，問題不少，進步卓然、崎嶇不凡;有些問題是前進中的問題，發(fā)展中的問題!

隨著物聯(lián)網(wǎng)，智能制造，人工智能，云計算，大數(shù)據(jù)等等技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用，必將對傳感器(技術(shù)、產(chǎn)業(yè))的發(fā)展，迎來新的機遇和挑戰(zhàn)，這是時代、歷史賦予“中國傳感器人”的天賜良機，機不可失，時不我待!

國內(nèi)外形勢波譎云詭，中國傳感器(技術(shù)、產(chǎn)業(yè))風(fēng)險猶存，必須從國家利益、國家安全著想，攻破技術(shù)壁壘、打破行業(yè)界線、突破人才禁區(qū)、解破產(chǎn)業(yè)難點，埋頭工作、厚積薄發(fā)，國家要努力、企業(yè)要努力、每一位“中國傳感器人”要努力，中國的傳感器一定會在“世界的于無聲處響起一片驚雷”!