导电高分子复合材料(CPCs)由导电填料与高分子基体复合制备而成,该材料不仅具有良好的导电性,同时具有高分子材料柔韧且易于加工的特点,近年来在自控温发热材料、电磁屏蔽材料、温度计、气体传感器等领域的应用受到广泛的关注。这其中,柔性可穿戴应变传感器作为CPCs材料较为重要的一个应用方向,在人机交互、健康监测、人体运动监测等方面展示出了广泛的应用前景。本论文中,为了获得能兼具宽的应变检测范围与高的灵敏度的应变传感器,及有效消除其在响应过程中存在的“肩峰”现象和滞后效应,我们分别采用单轴湿法纺丝与同轴湿法纺丝一浸渍的方法制备得到碳纳米管(CNTs)/热塑性聚氨酯(TPU)与还原氧化石墨烯(RGO)/CNTs/TPU-TPU柔性导电高分子复合纤维,研究了它们的应变敏感响应行为,具体研究内容和结论如下:1、CNTs/TPU应变传感器的制备及性能研究(1)我们将CNTs与TPU共混后使用单轴湿法纺丝挤出得到导电高分子复合纤维,通过改变实验参数(挤出针头直径的大小),实现了对纤维尺寸和内部结构的调控,进一步实现对其传感性能的调控。(2)我们探究了纤维内部多孔结构的出现及纤维直径的改变对其传感性能的影响,随着多孔结构的出现及制得的纤维直径的增大(0.26 mm、0.31 mm、1.08 mm、2.07 mm),该导电高分子复合纤维的检测范围不断增大(62%、102%、249%、320%),但在同一应变范围内(0-10%)的敏感因子GF(gugue factor)并没有较大的变化(4.31、4.10、4.09、3.81)。在循环稳定性方面,我们定义M/N作为复合纤维在循环响应过程中的导电网络的回缩比率(N为第一循环响应的峰值,M为后续每一循环响应过程中的峰值与第一循环响应峰值的差值),在第二循环中随着直径的增大其M/N值分别为43.0%、32.5%、29.1%和14.5%,上述参数表明直径最大具有多孔结构的导电高分子复合纤维具有更好的传感性能,因此我们选择该导电高分子复合纤维进行进一步的研究。(3)对选择的导电高分子复合纤维的内部多孔结构及CNTs的分布进行了表征,发现CNTs可在孔壁内选择性分布形成有效的导电网络。(4)在拉伸敏感测试中,发现所选择的纤维同时具有较宽的检测范围(320%)与高的灵敏度(320%应变时GF=97.5),且具有较短的响应时间约125 ms,该材料在不同的拉伸速率下展示了一致的响应行为,在不同拉伸应变下展现出良好的欧敏特性,且在9700次循环响应中展现出优异的循环响应稳定性和再现性。(5)基于隧道理论对响应过程中分的两段GF进行分析,结合复合材料的形态结构演变,分析了纤维在拉伸过程中的响应机制。(6)应用医用胶带将所制备的纤维基应变传感器固定在人体各个关节处,对人体运动进行实时检测,如手指弯曲、手腕弯曲、肘部弯曲等,传感器对单一动作和复杂动作检测时所得响应峰型不同,这说明该应变传感器具有较高的响应分辨率,这使其在可穿戴柔性应变传感器领域具有广泛应用前景。2、RGO/CNTs/TPU-TPU应变传感器的制备及性能研究(1)通过同轴湿法纺丝一浸渍的方法制备得到纤维状柔性导电高分子复合材料,该纤维具有三层结构,芯层为纯TPU作为支撑层,皮层CNTs/TPU和表层RGO作为敏感响应层。SEM观察显示该纤维在芯层和皮层存在多孔结构,TEM显示CNTs分布在皮层的内部孔壁上形成有效的导电网络,亦清晰的观察到表层的RGO与皮层的CNTs存在位点式的接触,这种填料间的有效协同使该纤维获得双导电网络结构。(2)研究了该纤维的拉伸响应行为,发现该纤维具有优异的可拉伸性(断裂伸长率686%)、相对较宽的检测范围(120%)、较高的灵敏度(120%应变时GF=300)、快的响应速度(282 ms)以及出色的耐用性(超过9300次循环)。(3)基于红外、在水中超声及在煮沸的热水中浸泡实验发现RGO、CNTs和TPU存在一定的结合力,具有较好的耐用性。(4)系统地研究了该纤维在不同应变下的循环响应行为,发现不论在小应变下或大应变下该纤维的响应均未出现“肩峰”现象,同时该纤维的电阻在不同应变循环响应下均能回复至将近初始值,且在循环过程中保持力电同步。(5)基于该纤维的高的灵敏度及优良的响应行为,我们将所制备的纤维应变传感器分别固定在人的面部或腹部进行鼓气行为和呼吸行为的实时监测,同时该应变传感器也可固定在人体的关节处进行运动至不同角度的监测,均获得良好的检测结果,这为其在可穿戴设备中的应用提供了良好的基础。