以石墨烯为代表的微纳结构由于其较高的比表面积和良好的导电性在传感、储能、传热和光电器件等领域应用广泛。传统石墨烯制造方法如机械剥离、气相沉积、外延生长和还原法等存在设备环境要求高、图案化困难和工艺复杂等问题,采用激光诱导直写聚酰亚胺制造石墨烯方法,能够一步式制备高精度具有跨尺度立体空间结构的图案化石墨烯单元,同时又兼具速度快和成本低特征。为进一步探究石墨烯的微纳结构和提升石墨烯的导电特性和比表面积,论文主要围绕:①激光直写聚酰亚胺(PI)制备石墨烯工艺优化;②石墨烯氨气传感检测及解吸附性能提升;③石墨烯骨架上电化学沉积聚苯胺构建复合结构,增加电极材料比表面积和导电性等三个主要方面开展研究工作。主要内容包括:(1)阐明二氧化碳激光诱导聚酰亚胺石墨烯化机理,正交分析激光功率密度、平台移动速度和激光脉冲宽度等工艺条件对石墨烯晶体结构及其品质、线宽的影响规律,获得优化的激光功率密度、平台移动速度、激光脉冲宽度等工艺条件分别为 7.27 kw/cm2、1.6 mm/s、357 μs。(2)基于石墨烯的比表面积和导电性能,拓展石墨烯在氨气检测传感上的应用。首先分析了石墨烯气敏单元对氨气的响应灵敏度,针对氨气在石墨烯气敏单元上未能完全脱附的问题,通过在气敏单元两侧布置石墨烯加热单元,以期促进氨气的解吸附。实验结果表明,70℃解吸附温度下,石墨烯气敏单元在235 ppm氨气中能够很好地促进氨气解吸附,电阻均能恢复至初值。(3)为了更好地利用激光直写石墨烯的微纳米空间立体结构,通过在其立体结构内壁和骨架上电化学沉积聚苯胺纳米枝晶构建微纳复合结构以增强其比表面积和导电性。通过优化聚苯胺沉积时间,以期减小石墨烯内部孔洞尺寸。以激光直写的石墨烯叉指电极超级电容器为典型应用验证,测试结果表明,电沉积后复合电极的孔径平均为3 nm;比表面积达113.8 m2/g,孔径相比石墨烯电极减小近7倍,比表面积增加近6.8倍,比电容量和能量密度分别为202.83 Fcm-3和22.42 mWh cm-3,远大于激光直写的石墨烯电极。因此该复合工艺能够解决激光直写石墨烯材料的孔隙直径和接触电阻较大等问题。论文针对激光直写石墨烯的工艺优化分析、传感检测和电沉积聚苯胺构建复合电极提升比表面积的研究结果将加深对激光直写石墨烯特性进一步认知,为未来应用于实际场合奠定基础。