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常规纺织品是可穿戴设备的最佳载体，伴随着智能可穿戴设备的发展，智能纺织品在健康、运动、汽车、航空航天等众多领域展现出广泛的应用前景。导电纺织品是智能纺织品开发过程中重要的一部分。结构型导电高分子是具有独特的结构特征和优异的物理化学性能的智能材料，它们能赋予传统纺织品特殊的功能和性能，有利于开发多功能和高性能的导电纺织品。在众多导电高分子中，聚吡咯（PPy）因具有易于制备、良好的环境稳定性、高电导率、高生物相容性等特点而备受关注。原位溶液聚合法是制备聚吡咯涂层纺织品最常用的方法，该法简单、易于规模化生产，但该法生产得到的聚吡咯涂层易于从纺织品上脱落，而且聚吡咯涂层越厚脱落现象越严重。为了改善聚吡咯涂层的稳定性，论文结合界面聚合法对传统原位溶液聚合法进行了改进，改进后的原位溶液聚合法可以将普通的纺织品转变成高性能的纺织品电极材料，该操作方法简单、可大面积加工、适用性广、对底物的导电性可调控。结合纺织面料的成分和组织结构特征，通过选择不同的纺织材料作为柔性基底，利用改进的原位溶液聚合法既可制备高性能的储能电极材料，亦可制备高灵敏度的全织物压力传感器。论文的主要研究内容和结论如下：
（1）结合界面聚合法对传统原位溶液聚合法进行改进，将单体吡咯溶于环己烷中，让其缓慢释放进入氧化剂溶液中，同时让氧化剂（Fe3+）与5-磺基水杨酸钠（NaSSA）形成配合物，从而减缓吡咯的氧化聚合速度，提高涂层的均匀性，最终获得性能良好的导电织物。当体系中的吡咯单体、三氯化铁和5-磺基水杨酸钠的摩尔浓度均为0.36mol/L，在0-5℃反应24小时，制备的导电织物可以获得优异的导电性（方阻低于10Ωsq?1）。ATR-FTIR和Raman光谱表明聚吡咯成功沉积在纤维表面。FE-SEM图像表明改进的原位溶液聚合法在纤维表面形成了一层均匀的导电涂层，该涂层由无数个聚吡咯纳米颗粒（约50~100nm）紧密堆积而成。Raman、XPS和XRD测试表明改进后的原位溶液聚合法有利于提高聚吡咯的掺杂水平、分子链的相对共轭长度和取向度。量子化学计算模拟结果显示吡咯聚合反应只能发生在水中，生成的导电高分子材料以C2―C2（α-α）连接为主。分子动力学模拟结果表明吡咯在水中和界面处的排列方式不同，在两相界面处吡咯排列更加紧密和有序。耐摩擦实验表明改进的原位聚合法改善了聚吡咯涂层的易脱落现象，提高了导电涂层的稳定性。改进的原位聚合法具有很好的适用性，可以赋予不同类型的织物良好的导电性，同时能保持织物原有的尺寸和外形。聚吡咯涂层会增加织物的硬挺度，但对织物的透气性和物理机械性能的影响较小。改进的原位聚合法可以大面积加工导电织物，制备的导电织物具有较好的机械稳定性。在中性条件洗涤时，织物的导电性会随着水洗次数的增加而缓慢下降。
（2）为了获得高负载量的电极材料，选择具有较高纤维表面积的1+1罗纹针织棉织物作为基底，利用改进原位溶液聚合法制备了高性能的织物电极PPy-0.5、PPy-1和PPy-2，依次对应于吡咯单体与氯化铁的摩尔比0.5、1.0和2.0。随着吡咯单体浓度的增大，织物的导电性增加，织物上负载的聚吡咯增多，PPy-2可以达到商业电极上活性材料的涂覆密度（约10mg cm?2）。FE-SEM图像显示PPy-2表面的聚吡咯纳米粒径（约为10~50nm）小于PPy-0.5和PPy-1上聚吡咯的粒径。Raman和XPS光谱表明PPy-2样品含有最大的双极化子含量和较长的相对共轭长度。PPy-2织物电极具有出色的面积比电容（在1mA cm?2时为5073mF cm?2）、优异的柔韧性和良好的循环稳定性。PPy-2织物电极在样品中表现出最佳的离子和电子传输能力。用PPy-2织物电极、LiCl/PVA凝胶电解质、隔膜和银箔组装了对称的全固态超级电容器。组装的超级电容器具有较高的面积比电容和良好的倍率性能（1mAcm?2时为1167.9mFcm?2，20mAcm?2时为904.2mF cm?2）。该设备在0.39mWcm?2的功率密度下具有高达102.4μWhcm?2的能量密度。提供了一种简单有效的方法，可将普通的商用纺织品转变为高性能的能量存储设备。
（3）棉/氨纶针织物因为含有氨纶弹力纤维和针织物的线圈结构，具有良好的拉伸性和弹性，是构筑柔性压力/应变传感器的合适基材。利用改进原位溶液聚合法，制备了聚吡咯涂层的棉/氨纶织物（PPy@cotton/spandex），该导电织物具有一定的压力灵敏度。SEM和AFM测试表明聚吡咯涂层均匀分布在整个织物表面，PPy纳米颗粒的堆积提高了织物表面的粗糙度。单层PPy@cotton/spandex织物对静态压力的响应是稳定的，随着层数的增加，压力传感器的灵敏度也逐渐增大，5层PPy@cotton/spandex织物传感器在2kPa以下的灵敏度是9.67kPa?1，在2~10kPa内是2.91kPa?1。5层PPy@cotton/spandex织物传感器显示出低检测限和快速响应性，对于8Pa（约一粒绿豆重量）的超低压，传感器电流也显示出明显的变化，证实了其优异的压力感应灵敏度。在50Pa的压力下，传感器的响应时间达到56ms，获得的恢复时间为48ms。在100Pa压力下，传感器经过1000次加载/卸载循环后，表现出良好的重复性和稳定性。单层PPy@cotton/spandex织物同时也是电阻式应变传感器，具有较高的应变系数GF，横向拉伸范围为0~100%，GF分别为37、74、122；纵向拉伸范围为0~50%，GF分别为18、34、60。分析了多层全织物压力传感器的响应机理。由于5层织物压力传感器的高灵敏度和灵活性，可用于检测弯曲、扭曲、压力、拉伸等不同的机械力。可捕获较弱的人体信号，比如不同程度呼吸和吞咽过程，还可用于检测声音。制备的织物传感器为呼吸频率的测试和睡眠质量的监测提供了一种简单有效的方法。
（4）与棉纤维相比，莱赛尔（lyocell）纤维具有更多的无定形区，可以吸附更多的整理剂，而且纱线的可加工性更广。利用改进原位溶液聚合法将莱赛尔纤维（lyocell）纱线转变为阻燃、高导电性和具有电化学活性的多功能纱线。Raman光谱深度扫描、切片实验和纤维截面EDS-mapping表明聚吡咯不仅存在lyocell纤维的表面，也存在于纤维内部。XRD测试表明存在于纤维无定形区的聚吡咯并没有影响再生纤维素大分子的有序性和聚集态结构。PPy涂层对纱线的机械性能影响较小，但能增强纤维之间的抱合力和纱线的耐磨性，降低纱线的毛羽指数。利用织针可将PPy涂层的lyocell纱线编织成织物，编织的织物具有良好的导电性（方阻约为21.6Ωsq?1）。同时编织的织物具有很好的电加热效率，可以作为可穿戴的柔性电加热器应用到电加热理疗中。织物电阻在二氯甲烷干洗（有机）溶剂中具有较好的稳定性。此外，PPy涂层显著降低了莱赛尔纤维燃烧时释放的总热量，将纱线的极限氧指数提高至40%，使其具有优异的阻燃性能。涂层后的lyocell纱线可在织物上绣出具有导电功能的图案和花纹，导电图案既具有电加热性又具有光制热性。将导电纱线在棉织物上绣出叉指电极图案，通过简单组装可制备出轻巧的柔性织物微型超级电容器。制备的带有10个叉指电极的织物微型超级电容器在1mA cm?2时的面积比电容为663mFcm?2，能量密度为21.6mWh cm?2，器件在柔性和性能稳定性方面也有较好的表现。串联连接的织物微型超级电容器可以集成到服装中，为可穿戴电子设备提供能量支持。
（1）结合界面聚合法对传统原位溶液聚合法进行改进，将单体吡咯溶于环己烷中，让其缓慢释放进入氧化剂溶液中，同时让氧化剂（Fe3+）与5-磺基水杨酸钠（NaSSA）形成配合物，从而减缓吡咯的氧化聚合速度，提高涂层的均匀性，最终获得性能良好的导电织物。当体系中的吡咯单体、三氯化铁和5-磺基水杨酸钠的摩尔浓度均为0.36mol/L，在0-5℃反应24小时，制备的导电织物可以获得优异的导电性（方阻低于10Ωsq?1）。ATR-FTIR和Raman光谱表明聚吡咯成功沉积在纤维表面。FE-SEM图像表明改进的原位溶液聚合法在纤维表面形成了一层均匀的导电涂层，该涂层由无数个聚吡咯纳米颗粒（约50~100nm）紧密堆积而成。Raman、XPS和XRD测试表明改进后的原位溶液聚合法有利于提高聚吡咯的掺杂水平、分子链的相对共轭长度和取向度。量子化学计算模拟结果显示吡咯聚合反应只能发生在水中，生成的导电高分子材料以C2―C2（α-α）连接为主。分子动力学模拟结果表明吡咯在水中和界面处的排列方式不同，在两相界面处吡咯排列更加紧密和有序。耐摩擦实验表明改进的原位聚合法改善了聚吡咯涂层的易脱落现象，提高了导电涂层的稳定性。改进的原位聚合法具有很好的适用性，可以赋予不同类型的织物良好的导电性，同时能保持织物原有的尺寸和外形。聚吡咯涂层会增加织物的硬挺度，但对织物的透气性和物理机械性能的影响较小。改进的原位聚合法可以大面积加工导电织物，制备的导电织物具有较好的机械稳定性。在中性条件洗涤时，织物的导电性会随着水洗次数的增加而缓慢下降。
（2）为了获得高负载量的电极材料，选择具有较高纤维表面积的1+1罗纹针织棉织物作为基底，利用改进原位溶液聚合法制备了高性能的织物电极PPy-0.5、PPy-1和PPy-2，依次对应于吡咯单体与氯化铁的摩尔比0.5、1.0和2.0。随着吡咯单体浓度的增大，织物的导电性增加，织物上负载的聚吡咯增多，PPy-2可以达到商业电极上活性材料的涂覆密度（约10mg cm?2）。FE-SEM图像显示PPy-2表面的聚吡咯纳米粒径（约为10~50nm）小于PPy-0.5和PPy-1上聚吡咯的粒径。Raman和XPS光谱表明PPy-2样品含有最大的双极化子含量和较长的相对共轭长度。PPy-2织物电极具有出色的面积比电容（在1mA cm?2时为5073mF cm?2）、优异的柔韧性和良好的循环稳定性。PPy-2织物电极在样品中表现出最佳的离子和电子传输能力。用PPy-2织物电极、LiCl/PVA凝胶电解质、隔膜和银箔组装了对称的全固态超级电容器。组装的超级电容器具有较高的面积比电容和良好的倍率性能（1mAcm?2时为1167.9mFcm?2，20mAcm?2时为904.2mF cm?2）。该设备在0.39mWcm?2的功率密度下具有高达102.4μWhcm?2的能量密度。提供了一种简单有效的方法，可将普通的商用纺织品转变为高性能的能量存储设备。
（3）棉/氨纶针织物因为含有氨纶弹力纤维和针织物的线圈结构，具有良好的拉伸性和弹性，是构筑柔性压力/应变传感器的合适基材。利用改进原位溶液聚合法，制备了聚吡咯涂层的棉/氨纶织物（PPy@cotton/spandex），该导电织物具有一定的压力灵敏度。SEM和AFM测试表明聚吡咯涂层均匀分布在整个织物表面，PPy纳米颗粒的堆积提高了织物表面的粗糙度。单层PPy@cotton/spandex织物对静态压力的响应是稳定的，随着层数的增加，压力传感器的灵敏度也逐渐增大，5层PPy@cotton/spandex织物传感器在2kPa以下的灵敏度是9.67kPa?1，在2~10kPa内是2.91kPa?1。5层PPy@cotton/spandex织物传感器显示出低检测限和快速响应性，对于8Pa（约一粒绿豆重量）的超低压，传感器电流也显示出明显的变化，证实了其优异的压力感应灵敏度。在50Pa的压力下，传感器的响应时间达到56ms，获得的恢复时间为48ms。在100Pa压力下，传感器经过1000次加载/卸载循环后，表现出良好的重复性和稳定性。单层PPy@cotton/spandex织物同时也是电阻式应变传感器，具有较高的应变系数GF，横向拉伸范围为0~100%，GF分别为37、74、122；纵向拉伸范围为0~50%，GF分别为18、34、60。分析了多层全织物压力传感器的响应机理。由于5层织物压力传感器的高灵敏度和灵活性，可用于检测弯曲、扭曲、压力、拉伸等不同的机械力。可捕获较弱的人体信号，比如不同程度呼吸和吞咽过程，还可用于检测声音。制备的织物传感器为呼吸频率的测试和睡眠质量的监测提供了一种简单有效的方法。
（4）与棉纤维相比，莱赛尔（lyocell）纤维具有更多的无定形区，可以吸附更多的整理剂，而且纱线的可加工性更广。利用改进原位溶液聚合法将莱赛尔纤维（lyocell）纱线转变为阻燃、高导电性和具有电化学活性的多功能纱线。Raman光谱深度扫描、切片实验和纤维截面EDS-mapping表明聚吡咯不仅存在lyocell纤维的表面，也存在于纤维内部。XRD测试表明存在于纤维无定形区的聚吡咯并没有影响再生纤维素大分子的有序性和聚集态结构。PPy涂层对纱线的机械性能影响较小，但能增强纤维之间的抱合力和纱线的耐磨性，降低纱线的毛羽指数。利用织针可将PPy涂层的lyocell纱线编织成织物，编织的织物具有良好的导电性（方阻约为21.6Ωsq?1）。同时编织的织物具有很好的电加热效率，可以作为可穿戴的柔性电加热器应用到电加热理疗中。织物电阻在二氯甲烷干洗（有机）溶剂中具有较好的稳定性。此外，PPy涂层显著降低了莱赛尔纤维燃烧时释放的总热量，将纱线的极限氧指数提高至40%，使其具有优异的阻燃性能。涂层后的lyocell纱线可在织物上绣出具有导电功能的图案和花纹，导电图案既具有电加热性又具有光制热性。将导电纱线在棉织物上绣出叉指电极图案，通过简单组装可制备出轻巧的柔性织物微型超级电容器。制备的带有10个叉指电极的织物微型超级电容器在1mA cm?2时的面积比电容为663mFcm?2，能量密度为21.6mWh cm?2，器件在柔性和性能稳定性方面也有较好的表现。串联连接的织物微型超级电容器可以集成到服装中，为可穿戴电子设备提供能量支持。