近几年,便携可穿戴的柔性电子器件发展迅速,柔性应变传感器作为柔性电子器件重要的一部分,受到全世界科研人员的关注。二维材料石墨烯具有高电子迁移率、高机械强度等优点,是制备柔性应变传感器应变层重要的材料之一。Langmuir-Blodgett自组装技术是自组装技术的一种。Langmuir-Blodgett自组装技术可以实现对薄膜材料的表面形貌的控制,是制备薄膜材料的一种重要手段。本文利用Langmuir-Blodgett自组装技术制备得到了石墨烯柔性应变传感器。具体研究结果如下:(1)利用Langmuir-Blodgett自组装技术制备得到石墨烯应变传感器。首先对使用的水性石墨烯材料进行表征,结果表明为了增加石墨烯在溶剂中的分散效果,实验所用石墨烯材料修饰了包括羟基等亲水基团。利用Langmuir-Blodgett技术分别制备得到基于PDMS和PET衬底的柔性石墨烯应变传感器。在制备过程中,结合扫描电子显微镜技术发现表面压力可以实现对制备的石墨烯薄膜表面形貌的有效调控。对应变传感器进行机械和电学性能测试,实验结果表明石墨烯应变传感器的最大可伸展范围可达到近400%,能检测到的最大的应变范围达93%,相对电阻最大变化值可达4306,传感器具有较高的灵敏度,响应速度快,响应时间约为50毫秒,迟滞特性较好,循环使用3000次后性能稳定,抗疲劳性良好,具备在不同应变频率下稳定工作的能力。此外,利用表面压力对石墨烯表面形貌的有效调控这一特性,保持表面压力恒定,实现了各个器件之间性能的高度稳定。(2)多种方式实现对石墨烯传感器性能的调控。首先,利用制备过程中表面压力对于表面形貌的控制,实现对器件性能的调控。结果表明,表面压力越大,能检测的最大应变越大,最大应变可从45%增大到93%,相反地,相对电阻变化量则随着表面压力的增大而减小。石墨烯传感器尺寸的长宽比对性能的调控结果表明,传感器宽长比越大,能检测的最大应变越大,在相同应变下,相对电阻变化量更大,即具有更高的灵敏度。最后,施加应变与测量所成夹角对性能调控的结果表明,在施加相同的应变下,所成角度越大,传感器的灵敏度越高。(3)应变机理的解释与验证。对利用Langmuir-Blodgett自组装技术制备得到石墨烯传感器应变原理进行了解释,提出了应变机理的适用模型为渗透模型。利用扫描电子显微镜、模拟仿真和透射电子显微镜技术进行了验证。结果表明,在石墨烯应变传感器的电阻变化取决于由石墨烯片层的导电网络的状态。利用Langmuir-Blodgett自组装技术制备得到的鱼鳞状石墨烯纳米片在无应力下,片层之间层层相叠,形成石墨烯导电网络。当传感器被拉伸后,由于石墨烯薄膜与衬底之间的较大的静摩擦力,石墨烯片层之间出现滑移,重叠片层之间的重叠面积减小,导电网络减少,电阻线性增大。当应变继续增大,导电通道断裂,电阻继续增大,直到电阻稳定,相对电阻变化为零。(4)石墨烯应变传感器的应用。主要实现应用如下所示。利用制备PET上的柔性应变传感,通过按压改变电阻,通过电阻-电压的转换,将输入电压分级对应机器人不同的动作指令,实现人机互动。将衬底为PDMS的石墨烯应变传感器串联到含有LED灯的电路中,通过拉伸-释放传感器改变电路中的串联电阻,实现对亮度的调控。将衬底为PDMS的石墨烯应变传感器放置于书脊上,根据分压原理,将电阻转换为电压,通过定时检测该端口的电压是否变化来判断是否存在疲劳检测。制备得到PDMS衬底上的石墨烯传感器阵列,并将传感器阵列放置于人的颈椎背面,通过监测每个传感器的电阻变化,绘制得到颈椎的相对电阻变化分布图,实现人体颈椎健康监测。综上,本文利用了Langmuir-Blodgett自组装技术制备得到了柔性石墨烯应变传感器。经过测试,该传感器性能良好。在制备过程中,发现可以通过控制制备过程中的表面压力来实现对表面形貌的控制,解决了已经报道的自组装制备流程中不可控的问题。可控的表面形貌使得石墨烯传感器性能具备了可控性。除此之外,还提出了利用样品形状和测试角度对于性能调控的方法。对于石墨烯的应变机理,通过仿真手段,证明其符合渗透模型。最后,提供了石墨烯应变传感器在人机交互、健康监测等上的应用。