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在互联网时代向移动互联网时代发展的进程中,电子设备实现了便携化、小型化等变革。然而在向下一个物联网时代迈进时,传统应力/应变传感器因不具备延展性、可穿戴等特性,将逐渐失去在柔性电子领域的竞争力。此外,新型应力/应变传感器的性能、工艺成本及多功能化等都是急需研究和亟待解决的问题。本论文立足于二维材料石墨烯在电学性能和机械性能上的强大优势,以微纳技术为手段,通过实验与理论分析相结合,研制出了多种新型应力/应变传感器,并对器件的性能及应用进行了较为系统深入的研究,为促进并拓展柔性电子器件的发展与应用提供了基础。论文的主要研究工作包括以下几个方面:采用低压CVD(chemical vapor deposition,化学气相沉积)法在铜箔基底上制备了少层石墨烯薄膜,并与PET(polyethylene terephthalate,聚对苯二甲酸乙二醇酯)基底结合构建了高度透明的单片式柔性应力/应变传感器。器件基于线性变阻原理,针对导体的应力加载,可准确实现一维应力定位,定位灵敏度高达23.2%.mm-1 在可见光范围内,器件透明度高达80%,对应力加载对象具有识别能力,最快响应时间为18.1 ms。同时对器件在水温监测、具有下雨警报功能的智能窗户以及超薄型柔性触摸平板等方面的应用进行了研究。针对单片式器件进行结构优化,成功构建了“三明治”型双片式柔性应力/应变传感器。器件对一维应力定位的灵敏度为14.3%.mm-1,响应时间仅为0.3 ms,且对应力的加载对象扩展至绝缘体。器件的应力服役寿命高达14000次,且不受弯曲形变等干扰因素的影响。引入正交电极后,该传感器可实现二维平面的应力定位,在柔性可视化控制及智能触摸屏领域表现出广阔的应用潜力。研究了液态环境中的导电物质微接触效应,并将其用于力-电传感,构建了 rGO/DI高延展性应力/应变传感器。将还原氧化法制备的rGO(reduced graphene oxide,还原氧化石墨烯)泡沫颗粒分散于DI(deionized water.去离子水)中,成功构建了高延展性应力/应变传感器。器件基于rGO在液体环境中的微接触效应,对压应力和拉应变具有趋势相反的电阻响应。传感器对压应力的最大灵敏度为12.2%·kPa-1,对拉应变的最大GF(gauge factor,灵敏度系数)为31.6,响应时间约为60ms。得益于液态传感材料的可流动性和可循环性,器件的应变传感范围宽至0.1%～400%,且具有较高重复使用率,大大降低了电子垃圾的产率。传感器的应力和应变服役寿命分别高达15000次和10000次,不受加载频率、加载速度和加载路径的干扰,可作为柔性电子皮肤用于人体生理活动的识别与监测。创新设计了电学性能和机械性能同时可调的rGO/Fiber复合结构,在此基础上开发了高灵敏度应力/应变传感器,并系统地研究了两种性能在不同应变模式下的耦合调控效果。采用rGO泡沫颗粒与废纸浆,通过混合冻干法构建了高灵敏度应力/应变传感器。通过控制活性层中rGO含量可同时调控器件的电学性能与机械性能。局部压应力下,电学性能调优机制优先于机械性能调优,故低浓度rGO器件的响应性能更优越,最大灵敏度为72%·kPa-1;整体形变作用时,机械性能调优机制占据主导地位,高浓度rGO器件的响应更灵敏,最大GF为2517。器件响应时间仅为14.35 ms,应力探测下限仅为3 Pa,应变探测上限高达100%。传感器的局部应力和整体应变服役寿命分别高达100000次和10000次,且不受加载频率和加载速度的干扰。器件可用于人体脉搏等生理活动的监测,或作为柔性电子器件用于可穿戴式键盘等人机交互系统。在力-电传感器件中开创性引入温致变色材料,研制了 GFs/MSR多功能应力/应变传感器。利用常压CVD法在Ni(nickel,镍)泡沫上生长了具有空间骨架结构的GFs(graphene foams,石墨烯泡沫),并与经TM(thermochromic material,温致变色材料)改性的硅橡胶MSR(modified silicon rubber,改性硅橡胶)结合,研制了多功能应力/应变传感器。器件基于GFs的微裂纹效应,可实现应力、应变传感,对应力的最大灵敏度为18.3%·kPa-1,对应变的最大GF为1039。传感器响应时间仅为31.5 ms,对应力、应变的服役寿命均达到10000次,且不受加载方式的干扰。得益于GFs的超高导电能力,器件具有优异的电致发热性能,结合MSR层的温致变色原理,传感器集应力/应变传感、应变可视化、应变调控制热等多种功能于一体。对器件在人体脉搏、呼吸等微弱信号的监测、人体热疗以及柔性智能书写平板等方面的应用进行了探索。