传感器往往被比喻成人的感官。例如光传感器、气体传感器、化学传感器、压力/应变传感器以及声传感器可以分别类比于视觉、嗅觉、味觉、触觉以及听觉。随着传感技术的不断发展,人们利用传感器可以在极端温度,极端气压,强磁场等各种人体本身无法承受的测量条件下工作。无论是测量精度,测量范围,传感器都远远超过人体自然感官本身。因此,传感器能够提供丰富的,并且人体感官无法获得的信息。传感器可以被认为是人体感官的延伸。相较于传统传感器材料,石墨烯具有很多优良的性能,包括高的杨氏模量（¹TPa）,大的比表面积(2630 m² g^-1),优秀的热传导特性(⁵300 W m^-1 K^-1),在室温具有超高的电子迁移率(15,000 cm²·V^-1·s^-1)等。因此,石墨烯在传感器领域中有着很大的应用潜力。例如,大比表面积可以增大与气体分子、生物分子以及液体中离子相互作用的接触面积,这些被吸附物会引起石墨烯电学性能的改变,而石墨烯由其独特的性质使得本身具有很低的热噪声,因此能够获得很高的信噪比;而在光学上,石墨烯无间隔的光谱吸收特性使得其可以被用作广谱光电探测器的敏感材料,目前已报道了石墨烯基光电探测器,其探测范围可以覆盖可见光波段到中红外光波段,这种光学传感器同时具备广光谱探测范围和高光响应度。石墨烯可以被认为是一种只有表面的材料,这就意味着石墨烯的表面结构的变化可以很大程度上决定石墨烯的电学特性,进而影响了传感器的性能,研究者可以通过针对性地设计石墨烯的表面和相应的器件的结构,从而获得满足需求的传感器。本研究主要将采用不同的石墨烯制备方法,包括Hummers法,电化学剥离方法。将所制备的石墨烯材料,通过不同的表面结构调控方法,如控制前驱物浓度、密度,反应的温度等手段,组装成不同的石墨烯基结构,设计并制造出了三种石墨烯基传感器,即:石墨烯基湿度传感器、石墨烯基压力传感器以及石墨烯基应变传感器,分别实现了高的低湿灵敏度,高的压力灵敏度以及低检测限,高的应变响应以及实现完全的皮肤共形接触。具体工作如下:1.石墨烯基湿度传感器的研究:采用经典的改进型Hummers法对石墨烯进行含氧官能团的修饰,使改性后的石墨烯（也就是氧化石墨烯）对水分子的感应能力得到提升。采用滴涂法在插指电极基板上淀积出感应薄膜,制造出电阻式湿度传感器,并测试传感器在不同湿度环境中电学性能的变化。制造出来的传感器在10⁹5%RH（室温下）的湿度范围内具有良好的器件性能,快速的响应时间（⁰.68 s）以及良好的稳定性。特别的,不同于传统的基于格鲁苏斯链式反应机理的湿度传感器,这种传感器在低湿度范围（<40%RH）具有很高的灵敏度(5.28RH^-1)。这是由于在低湿环境中,水分子的吸附会导致改变局域态电子的分布,引起电子在改性的石墨烯片层之间发生隧穿。2.石墨烯基压力传感器的研究:使用冷冻干燥技术对氧化石墨烯片层进行三维构筑,制备出低模量的氧化石墨烯海绵,其有效模量值低于PDMS等低模量的有机弹体。并以这种低模量的氧化石墨烯海绵为敏感材料制造出电容式柔性压力传感器。这种柔性压力传感器具有良好的器件性能,包括高灵敏度(0.8 kPa^-1),快速的响应和恢复时间（¹00 ms）,极低的检测限（0.24 Pa）,这样的压强等效于将一瓣花瓣放置于感应面积为1 cm²的传感器上。此外,基于这种压力传感器的传感器阵列有着很好的空间分辨能力,能够清楚的显示出物体在阵列上的位置信息。3.石墨烯应变传感器的研究:采用电化学剥离的制备方法,制备出表面结构相对完整的石墨烯片层。将制备好的石墨烯片层通过独创的两次转移技术制造出以化妆品为基底的柔性石墨烯基应变传感器。这种应变传感器的传感原理是石墨烯片层的压阻效应,能够获得高达513的应变因子和54 ms的快速响应时间。此外,该传感器具有良好的拉伸性能,与皮肤的拉伸应变能力（30%⁴0%）可比拟,并且能够与皮肤形成良好的共形接触。这样就保证了传感器获得良好的信噪比（¹4.2）,从而能够更加准确的响应待测信号。使用这种传感器可以清晰的测量出人体的多种生理健康信号,如桡动脉波、颈静脉波以及声带的震动,这些信号的获得对于健康监测和诊断有着重要的意义。由于具有类似皮肤的拉伸性和良好的共形接触的实现,石墨烯应变传感器还能够应用于人机交互界面,通过放置在手指的关节部位,弯曲手指可以控制虚拟游戏中的角色（以贪吃蛇游戏为例）。另外,本论文研究的应变传感器是可以被生物降解的,考虑到目前的柔性传感器大多采用不可降解的聚合物（如PI,PDMS等）,设计并应用这种可降解的传感器有利于环境保护。