碳纳米管复合材料的电阻随外部应变而变化,利用复合材料的压阻特性可以制作应变传感器。尽管许多研究者已经研究了碳纳米管聚合物复合材料在直流条件下的介电行为,但这种材料在交流条件下的导电机理仍不清楚。本研究采用多种混合方式结合的方法制备了多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料,对复合材料的力学性能进行了简单的研究,并开发了一套复合材料-电极一体化成型工艺,制作了高灵敏度的应变传感器,通过实验测试和理论分析研究了直流和交流条件下复合材料的导电和压阻特性。首先,本研究使用行星搅拌仪和超声分散器相结合搅拌的方法制备了分散良好的碳纳米管/环氧树脂复合材料。使用自制精密拉伸实验台对复合材料的力-电性能进行探究,结果表明随着碳纳米管质量分数的增加,碳纳米管/环氧树脂复合材料的杨氏模量先增大后降低。当碳纳米管质量分数较低时,复合材料的导电行为与非导电材料相似,但当复合材料碳纳米管含量大于特定值时,复合材料变得导电。实验结果表明,复合材料的导电渗流阈值为0.3%。复合材料的导电性能可归因于两种机理:(1)碳纳米管在基体中形成完整的导电网络,(2)碳纳米管之间的“隧道效应”。第二,本研究开发了一种复合材料-电极一体化成型新工艺,使复合材料薄膜与电极良好连接,传感器的制作效率显著提高,性能更加稳定。在本研究中,测试了新型复合材料应变传感器的直流特性,其中,碳纳米管质量分数为0.2%的应变片的灵敏系数能够达到120以上,比普通箔式应变片的灵敏系数大24倍,此外,研究还表明复合材料传感器在碳纳米管含量较低时对应变非常敏感。第三,本研究还探究了复合材料传感器的交流电介质行为。实验测试表明,交流电流的频率不影响传感器的损耗角正切,但随着应变的增长,损耗角正切的变化率逐渐增大。在相同应变水平下,复合材料中的碳纳米管质量分数越低,损耗角正切的变化率越大。这种现象可以用等效电容-电阻并联电路模型解释。在交流条件下,损耗角正切的变化率和等效电阻的变化率对应变都有很高的灵敏度及稳定度,可以检测到非常微小的应变,利用交流测量方法,可以使测量效率提高,测量范围增大,为制造超高灵敏度应变传感器提供了可行方向和实验基础。