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微型化、集成化、曲面共形的无线传感器在机械旋转部件、人体生理状态监测、健康医疗、食品安全以及环境监测等领域存在广泛需求。针对上述测试需求，本文分别提出了基于石墨烯异质敏感材料的应变、气体、湿度单参数传感器及集成式多参数传感器。研究了基于石墨烯及其异质材料敏感特性，阐明了各参数的敏感机理；利用电磁仿真软件HFSS对传感器进行仿真优化设计，并基于微纳制造工艺实现传感器的微型化制造；构建了多参数解耦系统，实现复合环境下多种参数的测试，为狭小空间、密闭环境、高速旋转以及曲面各参数的测试提供新思路。本论文针对特殊环境下各参数测试的难题，开展了高性能传感器的研究，包括应变、气体、湿度及集成式多参数传感器的设计、制备、敏感机理分析及其工况环境应用的研究。主要研究内容包括以下几个方面：
(1)构建了LC无线无源等效电路模型，分析了各敏感单元对传感器谐振频率的影响。研究了电容式、电阻式两种LC无线无源传感器敏感机理，并分别构建了等效模型。研究LC无线无源集成式多参数传感器等效电路模型，并分析了各电路耦合感应电压、感应电流，并通过输入阻抗得出传感器的特性参数。
(2)为了满足不同参数的测试需求，研究了石墨烯基异质纳米材料的制备方法，分别采用化学还原法、锂离子插层法、超声剥离法等方法，研制了银纳米颗粒修饰的石墨烯(Ag-RGO)、银纳米颗粒修饰的二硫化钼(Ag-MoS2)以及石墨烯-二硫化钨异质结(RGO-WS2)纳米材料。利用SEM、TEM、拉曼光谱、XPS、XRD等方法对敏感材料进行表征，获得高性能石墨烯基异质结纳米材料。
(3)针对不同环境下各参数测试需求，分别研制了石墨烯基异质纳米敏感材料的应变、气体及湿度传感器。以银纳米颗粒(AgNPs)修饰的还原氧化石墨烯(RGO)作为应变敏感材料，聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为基底材料和封装材料，制备了应变传感器。RGO表面附着的AgNPs，极大地增强了还原氧化石墨烯表面的连接，提升了RGO层的导电性，实现高应变灵敏度传感器的制备。同时，开发了无线NFC标签式氨气传感器，最终实现了浓度为5-100ppm的氨气(NH3)的无线实时监测。在此基础上进一步研究了一种快速响应、准确监测、低成本的Ag-MoS2无线气体标签传感器。该传感器灵敏度为0.097ppm-1、无线气体传感器的检测极限为1ppm，且在室温下响应快、恢复时间短、重复性好。最终将研制的无线标签式传感器用于肉类变质、大型养殖基地等工况环境下进行实际应用研究。以还原氧化石墨烯(RGO)和二硫化钨(WS2)二维异质纳米材料作为敏感材料，提出了一种无线无源湿度传感器。该无线湿度传感器具有快速响应时间(0.56s)和恢复时间(2.26s)，其工作范围为5%至95%RH，灵敏度分别为14kHz/%RH(5- 35%RH)、150kHz/%RH(35-65%RH)和110kHz/%RH(65-95%RH)。基于上述优异的性能，可将该传感器用于人体语音、呼吸等微弱信号的检测，同时该传感器也可用于监测皮肤湿度并评估人体的新陈代谢。
(4)为了满足机械旋转等复杂环境下多个参数的同时监测的需求，在LC无线无源单参数传感器研究的基础上，提出了一种多谐振复用的集成式多参数无线无源传感器，实现了温度、压力、湿度三参数无线无源传感器的三维集成设计与制造。分别开展了温度、湿度、压力参数的研究测试，其中温度测试范围为25℃-120℃，湿度测试范围为5%RH-95%RH，压力测试范围0kPa-300kPa。对多参数传感器测试结果进行解耦分析，并构建了多参数解耦模型。采用平板拟合的方法对温、压复合环境下的测试结果进行拟合，得到温度参数对压力参数的影响系数，实现压力参数的准确提取。
(1)构建了LC无线无源等效电路模型，分析了各敏感单元对传感器谐振频率的影响。研究了电容式、电阻式两种LC无线无源传感器敏感机理，并分别构建了等效模型。研究LC无线无源集成式多参数传感器等效电路模型，并分析了各电路耦合感应电压、感应电流，并通过输入阻抗得出传感器的特性参数。
(2)为了满足不同参数的测试需求，研究了石墨烯基异质纳米材料的制备方法，分别采用化学还原法、锂离子插层法、超声剥离法等方法，研制了银纳米颗粒修饰的石墨烯(Ag-RGO)、银纳米颗粒修饰的二硫化钼(Ag-MoS2)以及石墨烯-二硫化钨异质结(RGO-WS2)纳米材料。利用SEM、TEM、拉曼光谱、XPS、XRD等方法对敏感材料进行表征，获得高性能石墨烯基异质结纳米材料。
(3)针对不同环境下各参数测试需求，分别研制了石墨烯基异质纳米敏感材料的应变、气体及湿度传感器。以银纳米颗粒(AgNPs)修饰的还原氧化石墨烯(RGO)作为应变敏感材料，聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为基底材料和封装材料，制备了应变传感器。RGO表面附着的AgNPs，极大地增强了还原氧化石墨烯表面的连接，提升了RGO层的导电性，实现高应变灵敏度传感器的制备。同时，开发了无线NFC标签式氨气传感器，最终实现了浓度为5-100ppm的氨气(NH3)的无线实时监测。在此基础上进一步研究了一种快速响应、准确监测、低成本的Ag-MoS2无线气体标签传感器。该传感器灵敏度为0.097ppm-1、无线气体传感器的检测极限为1ppm，且在室温下响应快、恢复时间短、重复性好。最终将研制的无线标签式传感器用于肉类变质、大型养殖基地等工况环境下进行实际应用研究。以还原氧化石墨烯(RGO)和二硫化钨(WS2)二维异质纳米材料作为敏感材料，提出了一种无线无源湿度传感器。该无线湿度传感器具有快速响应时间(0.56s)和恢复时间(2.26s)，其工作范围为5%至95%RH，灵敏度分别为14kHz/%RH(5- 35%RH)、150kHz/%RH(35-65%RH)和110kHz/%RH(65-95%RH)。基于上述优异的性能，可将该传感器用于人体语音、呼吸等微弱信号的检测，同时该传感器也可用于监测皮肤湿度并评估人体的新陈代谢。
(4)为了满足机械旋转等复杂环境下多个参数的同时监测的需求，在LC无线无源单参数传感器研究的基础上，提出了一种多谐振复用的集成式多参数无线无源传感器，实现了温度、压力、湿度三参数无线无源传感器的三维集成设计与制造。分别开展了温度、湿度、压力参数的研究测试，其中温度测试范围为25℃-120℃，湿度测试范围为5%RH-95%RH，压力测试范围0kPa-300kPa。对多参数传感器测试结果进行解耦分析，并构建了多参数解耦模型。采用平板拟合的方法对温、压复合环境下的测试结果进行拟合，得到温度参数对压力参数的影响系数，实现压力参数的准确提取。