通过导电颗粒的堆砌及其与高分子材料复合所制备的异质压阻材料具有加工灵活、性能可调等诸多优势,极有潜力获得高敏感度的压阻传感器,满足新兴技术领域对新型高性能传感器加工、制备的迫切需求。然而目前还缺乏一个通用的设计和制备方法来实现敏感度的调节。本论文提出了一种多级接触结构的设计思路,用于制备超高敏感度压阻传感器。基于激光书写碳化(direct laser writing carbonized,DLWc)聚酰亚胺(polyimide,PI)技术,以激光书写的点和线作为基本几何单元,通过基本几何单元组合排列对碳阵列的接触结构进行调节,系统研究DLWc碳阵列多级接触结构对其压阻性能的影响规律。设计并构筑了接触结构层次依次提高的直线、点-线、线-面和点-面图案的碳阵列,由此实现了 DLWc压阻碳阵列的敏感因子在三个数量级上的调节。在小形变下(ε<0.1%)敏感系数最高达到～5700-10000,是商业应变片的5000倍。并成功演示了这一超高敏感度压阻传感器在静态和高频(20-30 kHz)动态机械信号检测中的应用。进一步对DLWc压阻碳材料的压阻行为进行理论研究,提出了一个异质材料的压阻模型,模型中考虑了基本结构单元形成的网络结构的分型维数和它们之间发生断裂的临界应变这两个参数,良好地描述了本工作开发的超高敏感度压阻碳材料的压阻行为。模拟结果显示,提高碳阵列中接触结构的程度,会导致材料的分型维数和临界应变降低,从而使压阻碳阵列的敏感因子提高。此外,利用DLWc的灵活性,以PI管作为结构体,在PI管的表面和内部分别书写了螺旋碳线和点-面碳阵列,由此实现传感元件和弹性体一体化的传感器设计、加工、集成方案。利用管状基体的径向膨胀、轴向压缩、扭转和弯曲等变形模式可实现多种应力检测,结合有限元分析对这些受力状态下的应力/应变场分布进行模拟,从而实现DLWc碳线螺旋角的优化设计和制备,并通过实验证实了模拟的准确性。进一步利用多级接触结构设计理念,将螺旋线设计为点-线图案,相较于简单螺旋线,其敏感因子提高了一倍,再次证实了多级接触结构设计用于提高压阻碳阵列敏感度的有效性。通过激光直写传感元件和弹性体一体化的加工策略,本文成功展示了 PI管状传感系统在气压、接触式压力、粘度和风力风速、水下超声和步态检测中的应用。本论文基于激光碳化聚酰亚胺实施的多级接触结构设计思路和接触网络模型为基于异质压阻材料的超高敏感度压阻传感器的制备打下良好的基础;此外,本论文提出的激光直写传感元件和弹性体一体化的新型传感器的设计、加工、集成方案,巧妙地将材料设计的灵活性与传感器的设计与制备有机地结合,满足不同应用场合的传感器设计和使用需求。