近几年,由于石墨烯优异的性能,有关石墨烯的制备方法以及在传感领域的应用得到深入探究,但依旧面临着不少关键的科学难题:如何实现石墨烯的低温可控制备?如何直接在非金属基底上获得高质量石墨烯?对石墨烯进行图案化和功能化?如何将石墨烯应变传感器由实验室应用到实际生活中?本论文探索了在各类基底上直接低温化学气相沉积制备石墨烯的方法,同时通过镓-钨辅助的化学气相沉积法直接在绝缘衬底上制备出了图案化的石墨烯,在此基础上成功构筑了一种三维石墨烯网络应变传感器,测试显示该传感器具有良好的柔性、透明性和应变传感性能。具体研究内容以及结论如下:首先探索了低温无转移制备石墨烯的方法:以液态金属镓为催化剂制备出直径微米级的石墨烯晶核,成功在150℃的低温下使晶核继续生长,获得了片状石墨烯;以铜箔做衬底制备出分布均匀、直径微米级的石墨烯晶核,将带石墨烯晶核的铜箔置于蓝宝石衬底上并滴加液态金属镓,在250℃生长温度下得到了表面覆盖率大于70%的石墨烯层;探索了较低温下石墨微粒在纳米镍膜中扩散形成石墨烯的方法,获得了少量石墨烯片层。既而发展出了以镓-钨作辅助催化剂的化学气相沉积法,成功实现了非金属基底上石墨烯及其图案化结构的直接生长:通过将液态催化剂镓承载于钨箔上,高温下液态镓扩展平铺,获得均匀分布的催化性蒸汽;设计了相应的化学气相沉积装置,利用镓-钨催化直接在多种绝缘衬底(石英、蓝宝石、硅片)上生长出完整覆盖的纳米石墨烯薄膜;通过调整生长时间、压强等条件可以进一步调节纳米石墨烯薄膜的厚度和质量;通过原子力显微镜发现石墨烯由纳米级别的颗粒组成,具有垂直取向。生长15分钟获得的典型石墨烯薄膜,其对应的方阻19.15 kΩsq-1,可见光波长范围内的透光率高达95.5%。在液态催化剂与目标基底间引入掩膜版,能够在生长过程中将掩膜版上的图案直接转移到基底上,直接制备出需要的石墨烯图案,且直接生长出的石墨烯图案具有明显的边界以及较高的均匀性。最后,通过镓-钨辅助化学气相沉积法成功制备了透明度达83%的三维石墨烯网络,以此构筑的柔性应变传感器具有较高的灵敏度(在应变1%~3.5%时,灵敏度高达25左右)、较快的响应时间为(220 ms)、良好的线性度、较高的循环稳定性(5000次循环下几乎无基点漂移)、较宽的量程(0.15%~3.5%)。通过扫描电镜表征发现,该器件应变-电阻响应主要由拉伸过程中石墨烯表面产生的大量几乎可完全恢复的微裂纹引起。