摘要
20世纪中期以来，人类进入了以信息技术创新及应用为主体的第三次工业革命，人类社会全面进入“信息时代”。传感技术作为当代科学技术发展的一个重要标志，与人民生产生活的各个方面紧密联系。柔性应变传感器因其具有很高的机械柔性，且能够灵活的改变其形状和对于形变能够产生良好的信号响应而被广泛研究。柔性传感器主要应用在柔性机器人、NEMS、人体运动感知、电子皮肤、人机交互界面、人生理健康监测等方面。目前关于柔性传感器的研究主要是改变传感器的结构和寻找压阻效应更好的敏感材料。 石墨烯具有特殊的力学和电学性质，在室温下其载流子就具有极高的迁移速率，在外加应力作用下可以产生高达20%的最大拉伸应变。由于石墨烯的独特性质使得其成为柔性应力/应变传感器的理想材料。压阻式压力传感器的结构相对简单、可微型化、灵敏度很高，能够检测静态力和动态力，对高频也有很好兼容性。本文基于石墨烯薄膜为传感器敏感层和聚二甲基硅氧烷（PDMS）为柔性基底，提出一种圆柱状微结构的柔性石墨烯薄膜压阻传感器。 本文制备的圆柱状微结构的柔性石墨烯薄膜压阻传感器采用化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯薄膜来作为敏感层，增加等离子清洗对铜箔进行预处理流程，并且优化石墨烯铜基底腐蚀环节，进一步提高了制备的石墨烯薄膜质量。然后利用拉曼光谱检测和扫描电镜检测来对制备的石墨烯薄膜进行表征，进而确定使用双层石墨烯作为传感器的敏感层。最后采用简便设备压印倒模工艺来制备具有圆柱状微结构的基底，PDMS作为石墨烯薄膜的支撑弹性基底，进行封装。本文以stm32h750vbt6单片机系统为基础自行设计了一套石墨烯柔性压力传感器的信号采集系统。通过对制备的传感器进行应力实验，用信号采集系统进行信号的采集，最后对信号进行处理和分析。实验结果表明，该压力传感器在检测微小应力时有很高的灵敏度和响应速度，优于如银杏叶、金字塔等微结构传感器，在检测限为0.006KPa，0.006-0.14KPa的输入范围内灵敏度为36.9KPa-1，响应时间为27ms。并将制备的传感器应用于对人生理信号检测（呼吸信号和脉搏信号），展示了其在可穿戴电子设备方面具有的应用潜力。
NETL