柔性应变传感器因具有可拉伸性、柔韧性,而且能够与人体皮肤表面贴合,所以在人体运动检测、健康监护、人机交互和电子皮肤等领域受到研究者的广泛关注。近年来,石墨烯因具有优异的导电性能和机械性能而成为当下最新颖的导电填料,而选择一种恰当的复合方法是石墨烯在复合材料基体中发挥出最佳的导电性能的重要因素。本文以开发高灵敏度、宽工作范围的柔性应变传感器为目标,通过乳液共混法和超声波辅助超临界CO2流体法来验证石墨烯(GE)在天然橡胶(NR)基体中构筑三维导电网络的可行性,确定了工艺方法对柔性应变传感器的性能的影响。主要研究了柔性传感器的传感机理、性能的影响因素和实际人体运动检测方面的应用。主要研究内容与成果如下:(1)乳液共混法制备石墨烯基柔性传感器通过将胶体状态的NR与GE的悬浮液混溶,经过超声分散和蒸发、絮凝的工艺步骤制备出具有三维导电网络的导电材料。结合制备过程机理研究和元件微观形貌分析,发现GE在基体中保持均匀分散且橡胶分子链以GE为核聚集成三维导电网络。根据拉伸行为对导电网络的影响确定传感器的传感机理是基于基体内导电网络的变形而引起材料电阻率的变化。性能测试表明:导电材料的渗阈值低至1.8 vol%,在2.5 vol%的GE负载量下电导率达到0.005 S/m,比相同负载量下的其他方法制备的材料高4个数量级,传感器的灵敏度系数达到46。该柔性传感器在人体运动(包括声带振动、脉搏、心跳、关节弯曲等)测试上所表现出良好的重复性和稳定性,说明其具有良好的应用价值。(2)超声波辅助超临界CO2流体法制备石墨烯基柔性传感器研究首次使用超声波辅助scCO2流体法将GE注入到膨胀的NR基体中。通过对NR在scCO2流体中的膨胀机理进行分析为GE能够成功注入到基体中提供了理论依据。结合浸渍介质、超声时间、压力卸载模式和NR交联程度对石墨烯注入效果的研究,确定了最佳工艺条件。结果表明GE注入到基体中的深度为27～35 μm,GE的负载量最大为0.34 vol%,导电材料在热压硫化前后电导率分别达到0.2和0.02 S·m-1,与同类材料相比,在最低的石墨烯负载量下,导电性处于领先地位,而且元件的灵敏度系数达到30。在人体运动测试上表现出的良好的稳定性和极好的精确度,不仅使其在应用上拥有一定的潜力,还为柔性传感器产业化提供了新的且环保的工艺思路。