近几年柔性电子器件快速发展,在显示屏,机器人技术和医学治疗等领域得到了广泛的应用。聚合物是柔性器件的重要组成部分,不仅提供柔性支撑,更是一种功能性材料,可以产生、转移并处理机械、电等信号。本文以聚酰亚胺薄膜(PI)为基础材料,研究了通过离子交换在其表面实现金属图形化的工艺,并基于该工艺,在柔性PI上制作了湿度、温度和压力三种传感器,测试传感器的性能。本文研究工作如下：第一,基于全湿化学工艺(all-wet chemical),离子交换实现PI表面金属图形化。首先,通过KOH溶液处理,聚酰亚胺薄膜表面被改性为聚酰胺酸(钾盐)(PAA),接着经过银氨溶液浸泡,K +g+交换,再利用喷墨打印作为掩模层,采用双氧水快速还原法和热处理还原法,制备了Ag-PI复合结构,实现了金属银的图案化。对Ag-PI复合结构的薄膜进行表征,发现所生成的银为面心立方结构。银层致密,具有良好的导电性。研究表明,采用上述两种方法所得到的PI表面存在着差异,热处理法会使得改性后产生的PAA环化,重新形成PI；而双氧水快速还原法不会对改性后的PI产生影响,其表面仍然是PAA。研究了碱性溶液改性处理时间、银氨溶液离子交换处理时间以及还原时间等对复合薄膜银层电学性能的影响,得到了优化的工艺条件。最后胶带粘贴测试表明,银与衬底之间存在超强的结合力；弯曲测试表明,银层有很好的鲁棒性能,在弯曲次数超过10000次后没有明显的损伤。第二,实现了基于“一步掩模法”的大面积新型柔性湿度传感器阵列。PI及其改性产物PAA既是衬底又作为感湿材料。结合PI表面金属图形化工艺制作了叉指电极,实现了“一步掩模法”制造基于P1材料和PAA材料的叉指电容式湿度传感器,研究了感湿性能。发现基于PI材料的传感器的性能要优于PAA材料。另外,为了解决湿度传感器响应慢的特点,利用MATLAB进行数学建模,发展了一种通过对动态输出数据进行处理,准确快速地估算真实的湿度值的方法。第三,“一步掩模法”制备了柔性温度传感器。在聚酰亚胺薄膜上设计制作两种形状(蛇形,螺旋形)的银电阻型温度传感器。测试结果表明,温滞小,最大温滞误差<1%；响应时间在几十秒左右。两种传感器的最大非线性误差小于4.8%,相关因子大于0.998。对于采用蛇形和螺旋型结构的传感器,灵敏度分别为0.002/℃左右。研究表明,制得的温度传感器性能良好,在100℃以内,灵敏度方面与常用的铂电阻RTD相当,适用于温度测量。第四,研制了基于石墨/PDMS复合材料的压力传感器。采用“一步掩模法”工艺在聚酰亚胺衬底上制作了叉指型电极,滴涂一层石墨/PDMS有机复合材料为压阻材料,制作了压力传感器。测试结果表明,在曲率从0.03 mm-1变化到0.12mm-时,电阻变化范围约为8 kΩ～12 kΩ；最大迟滞误差不到3%；响应、恢复时间均小于1 s。在曲率小于0.10 mm-1的情况下其重复性良好,误差不超过2%。第五,实现温度、湿度、压力传感器在PI衬底上的单片集成,所研究的系统有望应用于人体舒适度测量、机器人、智能皮肤等柔性电子学领域。