为保证道路桥梁及交通运输工具等在服役过程中的安全性,需要大量的应力传感器对其结构健康状况进行及时监测,而常用的传统光纤应力传感器存在易碎和成本较高的缺点,因此需要对结构稳定性高、成本低并且传感性能高的新型应力传感器展开研究。其中石墨烯因其优异的材料性能在高性能的应力传感器应用中得到了广泛关注,但受限于传统石墨烯的制备技术和电导率,目前基于石墨烯的应力传感器测试大部分均需导线连接,存在安装和维护不方便、不能及时获得传感数据等缺点。因此基于高性能的石墨烯材料,研究并设计机械稳定性高、低成本、柔性的无线应力传感器具有十分重要的意义。本文则基于多层石墨烯薄膜优异的导电特性和力学性能,研究并设计了多种形式的石墨烯柔性无线应力传感器,概括如下:1.总结了传统石墨烯的多种制备技术,并基于单层石墨烯的电导率模型,对其在微波至毫米波频段的电导率进行分析和讨论。在此基础上,介绍了高电导率多层石墨烯材料的制备及其微观表征,并重点研究了该多层石墨烯材料的优异的电学特性和力学特性,为后续石墨烯柔性无线应力传感器的研究奠定了基础。2.基于石墨烯频率选择表面分别设计了单层和双层结构的柔性应力传感器。其中基于石墨烯单层频率选择表面的柔性应力传感器设计中,详细仿真分析了应力传感中传感器的结构和电磁性能变化,并在无线应力传感测试中直接对该传感器施加拉力,其在0-40N的受力范围内谐振频率产生了600MHz的偏移,实现了无线传感,并具有柔性、可拉伸的优点;其次设计了基于石墨烯双层频率选择表面的无线应力传感器,并利用应力对双层结构之间耦合特性的影响实现应力传感,且仿真和实验结果与理论分析一致。测试结果表明在0-5mm的传感范围内,该传感器在两个传感方向上分别具有370MHz/mm和280MHz/mm的高的灵敏度,即能够实现二维应力传感、同时具有线性传感范围较大、灵敏度高及结构柔性的特点。3.基于石墨烯射频识别标签分别设计了有芯片和无芯片两种形式的柔性应力传感器。首先基于柔性的多层石墨烯导电薄膜,设计并制备了一个工作在912MHz的柔性射频识别标签天线,并将其应用于无线应力传感器,详细研究和分析了其受力弯曲,且弯曲弧度在0-2πrad内变化时对其电磁性能的影响。并以阅读器接收功率的变化表征应力传感,通过阅读器与标签天线之间的无线通信实现了传感数据的无线读取,同时简化了无线传感测试操作。其次,为了进一步降低传感器的成本,利用C形谐振器的极化特性和谐振特性,设计了一款基于无芯片射频识别标签的无线应力传感器,其将身份信息和传感信息编码在频谱中。该应力传感器的仿真结果表明,在传感过程中仅传感信息所在频率随应力线性偏移,而身份信息所在频率基本不随应力变化,实现了身份信息和传感信息的独立控制,同时具备柔性、结构简单和成本低等优点。