电子皮肤因其能够集成多种不同传感功能来感受来自于外界环境的各种刺激(如:压力、温度和湿度),并且在结构上为柔性化设计,使其能够很好地贴合在各类曲面物体上,从而在环境监测、健康监护和仿生机器人等领域具有广泛的应用前景。本硕士论文首先综述了本领域的研究工作者为实现电子皮肤而取得的工作进展,继而详细讨论关于柔性应力传感器和柔性温度传感器的传感机理及其性能表征,总结出目前在柔性结构集成和传感功能集成两方面所存在的科学问题。论文进而以该科学问题为出发点,重点介绍了我们以碳纤维束作为柔性传感材料所开展的相关基础研究,主要包括传感器机理模型的建立与公式推导,应力传感器和温度传感器的制作及其性能表征,以及由这两种传感器进一步集成的触觉传感器及其复合信号的有效提取与区分等工作。本论文的主要研究内容与创新点,可概括如下:1.为了解决柔性结构的集成问题,首先提出了利用具备自支撑结构的导电碳纤维束作为传感材料,消除了柔性传感器对柔性衬底和柔性电极的依赖性。其次从隧穿效应和杂质散射两种机制出发,设计出利用单根碳纤维束的横向压敏电阻来感应应力,纵向热敏电阻来感应温度的机理模型,分别推导出这两种电阻与其对应的敏感源之间的数学关系。2.制作出了基于碳纤维束的柔性应力传感器和柔性温度传感器,并通过结合各种原位表征手段来测试其传感性能,在实验上验证了上述的机理模型及其数学关系可行性,并将这些结论进一步应用于传感器的标定算法。3.在研究应力传感器温度漂移问题中,发现了当采用电阻变化率来表征应力传感特性时,可以有效排除了在测试过程温度信号对应力信号的干扰问题,进而结合温度传感标定算法,提出了温度传感器和应力传感器的协同工作方法。并以此为基础,组装出能够同时测温测力的柔性触觉传感器,最终实现了对物体的质量与温度的实时精准测量,且两种信号互不干扰。本论文的主要学术贡献在于,提出了仅利用一根具备自支撑结构的碳纤维束作为“积木单元”,通过选择不同碳纤维结构即可实现不同的传感功能,并且这些传感信号能够通过横向压敏电阻和纵向热敏电阻而被有效区分,有望打破了传感器领域中一种传感材料只专长于某一个特定的传感功能的惯性思维。