柔性可穿戴应变传感器在远程精准医疗、人体运动检测、人工智能等领域应用潜能巨大。传统的半导体和金属基刚性应变传感器难以同时满足高拉伸、高灵敏度的要求,严重影响其测量稳定性、测量精度和测量范围,而新型的碳材料由于具有良好的导电性和机械性能、生物相容性、物理化学性质稳定以及表面易于修饰等优点,是柔性可穿戴应变传感器的理想备选材料。本论文工作利用共价交联、表面修饰与微纳多级导电网络构建等策略,设计制备系列柔性的应变传感器材料,其中包括共价交联的三维石墨烯泡沫材料、石墨烯/亚麻织物碳复合材料、石墨烯纳米带/聚酰亚胺高分子聚合物超薄复合薄膜材料,传感器检测的灵敏性和稳定性优良,成功应用于人体关节运动和脉搏、发声振动等监测。主要研究内容如下:(1)基于共价交联策略构建超高弹性三维石墨烯泡沫压力传感材料。通过聚醚胺(D400)与氧化石墨烯表面含氧官能团的共价交联,制备得到三维氧化石墨烯泡沫材料,温和热还原脱除氧化石墨烯表面含氧官能团,得到的共价交联石墨烯泡沫具有良好的压缩性和导电性。共价交联的石墨烯泡沫在不同的压缩应变下具有可调的电导率和超灵敏的压力响应(在3.5-5 kPa范围内压力灵敏度为0.046 kPa-1),在弹性导电和超灵敏压力传感领域具有广阔的应用前景。(2)基于天然纤维织物衍生碳构建复合型高性能应变传感器。以亚麻织物高温碳化产物为基体,通过表面修饰策略,实现了三维亚麻织物衍生碳、二维石墨烯、一维银纳米线(AgNWs)的有机融合,形成微纳多级导电网络,制备出复合型柔性可穿戴应变传感器。材料的多元复合结构赋予传感器不同应变条件下都具有高灵敏性。应变传感器应变工作范围大(60%),灵敏度高(应变范围为0-20%、20-40%、40-60%对应的灵敏度应变因子GF分别为11.2、36.8、74.5),测量稳定性好,并成功用于人体关节运动的检测(手腕、肘部、膝盖)。(3)基于层层组装策略构建石墨烯纳米带/聚酰亚胺复合薄膜压力传感器。将水溶性聚酰亚胺与氧化石墨烯纳米带结合,采用旋转涂覆和分层组装的方法制备超薄复合薄膜材料。在石墨烯纳米带/聚酰亚胺(GNRs/PI)膜上负载AgNWs,制备AgNWs/GNRs/PI纳米复合材料,进而获得高灵敏度、高柔性的应变传感器。在0-1 kPa的应力范围内经过3000次循环测试,传感器仍能保持良好的稳定性。该复合传感器可成功应用于测量手指弯曲、人的脉搏、说话时喉咙的振动等监测,能够快速、灵敏地检测到身体的微弱运动。