石墨烯是一种原子呈正六边形排列的二维碳材料,单层石墨烯的厚度为0.334 nm,对光的透过率达到97.7%。垂直照射的情况下石墨烯与光的相互作用较弱,难以达到应用器件的要求。研究表明,全内反射下石墨烯存在对光吸收的偏振依赖特性,通过调整石墨烯的层数（厚度）、光的入射角度以及偏振态等参数,实现石墨烯对光从0～100%的吸收不再遥不可及。在本论文中,我们通过全内反射结构增强光与石墨烯的相互作用,进行基于石墨烯反射耦合结构（光密介质与光疏介质中间夹层石墨烯）的高性能传感器研究。通过调控介质折射率,我们发现偏振吸收增强对介质折射率异常灵敏,结合“芯片实验室”技术,对传感器的多样性发展提供了新的研究思路和途径。折射率传感可以应用至生物医学以及分析化学方面。在本论文中,我们将基于石墨烯折射率的传感应用在以下方面的研究:1.石墨烯基超灵敏压力传感-静态检测。采用氧化还原方法制备还原氧化石墨烯（rGO）,结合反射耦合结构,基于高性能rGO玻璃和智能光学传感系统,开发了一种超灵敏的微流体压力检测方法。该微流体传感器的检测极限和灵敏度分别为1.4×10-8和3.5×109 mV/RIU,可以检测到由高频超声波引起的超小水压值,约为283 Pa。2.石墨烯基超灵敏流速探测-动态监测。通过改进的低压化学气相沉积方法制备高质量的石墨烯,设计了一种微流体集成的石墨烯光学传感器,用于监测向注射器施加轻微压力而产生瞬时和微弱的流速信号。其灵敏度和检出限分别为4.65×105mV·s·m-1和4.9×10-5 m·s-1,从而实现超低流速的精确测量。3.石墨烯基机械波探测-蠕动泵模拟心脏泵血。采用蠕动泵系统地模拟了心脏泵血过程,分析了单脉冲流速信号,并建立流速与压力之间的关系。在实验中,使用蠕动泵和微流体集成的石墨烯流速传感器模拟心脏蠕动和监测血液流速。蠕动泵的频率范围为0.04-2.5 Hz,系统的流速测量范围为0.7-15 mm/s,压力测量范围为0.6-14 kPa。这为医学治疗特殊患者进行体外血液循环的监测提供了新的思路。