在可穿戴电子器件快速发展的大背景下,柔性应变传感器在健康监测、生物医疗、运动管理和电子皮肤等领域有着广泛的应用。基于金属或半导体的传统应变传感器存在柔韧性差、应变范围低等问题;近年来人们通过利用导电纳米材料如碳纳米管、石墨烯、金银纳米线等,与柔性高分子基体复合制备了系列柔性压阻复合材料传感器,有力地促进了柔性应变传感器的发展,但这些纳米材料存在制备困难、成本高等问题,限制了其广泛应用。生物质纤维素作为自然界中分布最广、含量最多的生物质材料,具有原料便宜、容易获取、可持续和环境友好等特点;相关研究表明基于生物质的纤维素气凝胶高温处理后可获得具有三维导电网络结构的碳凝胶,可用于制备柔性压阻复合材料传感器。因此开发基于生物质纤维素的柔性应变传感器,具有成本低、环保等特点,发展前景良好。本论文分别以废纸和竹子为纤维素原料,经过简单的水热反应、冷冻干燥和高温碳化过程,制备出了具有三维网络结构的纤维素碳凝胶,将纤维素碳凝胶与硅橡胶复合,获得了具有压阻效应的柔性复合材料,并成功应用于柔性应变传感器,探索了其作为可穿戴设备在人体运动、健康信号监测及热理疗等方面的应用。具体研究内容与结果如下:1.利用生活废纸为原料,经过制浆、冷冻干燥和热解处理得到了具有良好导电性的纸纤维素碳凝胶,与硅橡胶复合,成功制备出了具有压阻特性的柔性纸纤维碳凝胶/硅橡胶复合材料。纸碳凝胶/硅橡胶复合材料的电阻对应变的响应灵敏,具有速度快、可重复的特点,对0-20%内的应变响应稳定、可靠,且有效工作频率宽达0.01Hz-10Hz。纸碳凝胶/硅橡胶复合材料的抗疲劳性能优越,经过1000次压缩循环加载实验后,复合材料传感性能稳定未见明显衰减。此复合材料不仅能够用作监测人体健康信号的应变传感器,而且具有热理疗功能。基于纸碳凝胶/硅橡胶复合材料的柔性应变传感器可实现人体运动(如走路)和人体健康(如呼吸)等信号的监测。并且传感器还可以作为加热器,当工作电压为15V时,与环境间的温差可达20度。纸纤维碳凝胶/硅橡胶复合材料具有应力传感和加热双重功能,对开发多功能柔性电子设备具有重要指导意义。2.以重庆盛产的毛竹为原料,通过氧化-干燥-碳化工艺制备出了竹纤维碳凝胶,与硅橡胶复合后,制备出了竹纤维碳凝胶/硅橡胶复合材料,基于该复合材料的柔性应变传感器具有压阻灵敏度高、响应时间短(50 ms)、可重复和稳定性高等特点。通过调节起始竹纤维浆液的浓度,可制备出密度不同的竹纤维碳凝胶;结果发现在一定范围内,碳凝胶密度越小,复合材料的压阻灵敏度越高。基于竹碳凝胶/硅橡胶复合材料的柔性应变传感器可以识别手指弯曲、呼吸及声音等人体信号,在人体健康监测、人机交互方面有一定的发展潜力。总之,基于废纸与竹子的纤维素碳凝胶/硅橡胶复合材料由于其低廉的价格、适中的导电性能对人体生理信号进行监测,在电子皮肤、生物医药、可穿戴电子器件等方面具有良好的应用前景。