智能化是物联网技术发展的一个重要方向,而机器触觉则是物联网技术中非常重要的一环,而实现智能化机器触觉的一个关键技术——触觉传感器技术,是制约其发展的重要因素。对触觉信号的感知,既要满足对高灵敏度的要求,又需要适应复杂的应用场景。柔性触觉传感器在智能制造、医疗健康、人机交互等领域得到了广泛的关注,但由于在现阶段的研究中面临着诸如传感器灵敏度低、成本过高、制作工艺复杂、稳定性差等问题,柔性触觉传感器在市场化应用中仍面临巨大的挑战。本文围绕柔性电子皮肤面临的诸多挑战,研究了微纳结构设计和材料优化对柔性电子皮肤的灵敏度和稳定性带来的性能提升。本文首先论述了柔性电子皮肤研究取得的成果和面临的挑战,阐述了柔性触觉的传感的选题背景和研究意义,并且在现有研究基础上提出了一种具有微纳结构的石墨烯纳米墙电极和共形复合介电薄膜的高灵敏电容式触觉传感器。随后对石墨烯电极进行了微观形貌表征,并研究了电极表面的微纳结构对传感器灵敏度的影响。接着,根据电容式触觉传感器的结构特点,并结合触觉传感器的多功能传感需求,设计并制备了与石墨烯纳米墙电极表面的微纳结构共形的氧化锌复合柔性介电层,最终制备了电容式柔性传感器样品。随后通过有限元分析和实验结果验证了复合介电层对电容式触觉传感器灵敏度带来的提升。通过对传感器进行静态和动态测量,验证了微纳结构设计和材料选取能有效提升器件的灵敏度和稳定性。测试结果表明,本文设计的柔性电容式触觉传感器,由于具有微纳金字塔结构电极和共形复合介电层,可实现高灵敏度的压力检测。本论文中的电容式传感器在宽量程探测上具有出色的性能,在2Pa到22kPa的传感范围内都有较高的灵敏度。其中,在0Pa-440Pa的压力范围内,灵敏度高达13.45kPa-1。在具有高灵敏度的同时,触觉传感器的响应时间为28ms,可以对压力做出快速响应,并且工作电压低至0.03V。传感器在经受2000余次按压和1000余次弯曲形变后仍能保持原有的性能,具有良好的力学和电学稳定性。此外,本文设计的触觉传感器可以对紫外波段的光线做出响应,进一步拓展了触觉传感器的功能多样性。在本文设计的高灵敏度触觉传感器的基础上,柔性电子皮肤的应用场景得到了进一步拓展,本文制作的柔性电子皮肤与机器人相结合可以对粗糙的二维平面进行触滑觉成像,可以模仿人的手指对盲文进行识别,并且能够探测人体脉搏等微弱力学信号。本论文设计的基于电容式柔性触觉传感器电子皮肤由于具有超高的灵敏度、宽量程、快速的响应时间、良好的力学和电学稳定性等特性,在生物医疗、工业制造、人工智能等领域具有广阔的应用前景。