导电高分子复合材料(Conductive polymer composites,CPCs)是将一种或多种导电填料加入高分子基体中复合制备而成的一类具有导电功能的复合材料。由于其具有成本低,易加工和性能易调控等优点,受到人们的广泛关注。CPCs在受到外界刺激(如应变、温度、有机气体等)时电阻会发生规律的变化,因此其在柔性传感器领域具有极其广阔的应用前景。传统方法制备的CPCs基应变传感器存在输出信号不稳定,应变范围小等缺点,限制了其实际应用。随着研究的深入,人们已制备出了具有较大应变测试范围的CPCs多孔材料,但是该类材料的力学性能较弱,且应变响应行为的稳定性和可回复性较差。因此,通过对多孔材料微观结构的调控,制备出具有较大压缩应变、较高的力学性能、良好的稳定性和可回复性的多孔CPCs材料具有重要的研究意义。本文以热塑性聚氨酯(TPU)为基体,以碳纳米管(CNTs)为导电填料,采用单向冷冻与冷冻干燥相结合的方法,制备出质轻的柔性CNTs/TPU取向多孔材料。对该材料的结构与性能进行了研究,主要成果如下:1.首次采用单向冷冻-冷冻干燥技术成功制备了具有取向泡孔结构的CNTs/TPU导电复合材料。孔径约为10μm,CNTs均匀的分布在TPU基体中。由于CNTs分散均匀以及CNTs和TPU之间结合良好,CNTs/TPU取向多孔材料具有超低逾渗值(体积分数为0.0023%)。由于多孔结构的存在,取向多孔材料的密度低至0.13 g·cm-3。与无规多孔CPCs材料相比,其在取向方向上的力学性能得到了显著的提高。2.研究了CNTs/TPU取向多孔材料的压敏特性。在压缩过程中复合材料的电阻值随压缩应变的增大呈现出单调下降的趋势,在回复过程中电阻上升并且能够较好的回复到初始值。这是由于压缩过程中泡孔壁相互接触形成更多的导电通路,使得材料的电阻值下降;而在回复过程中因受压而接触的泡孔壁又再次分离,导致导电通路的减少而使电阻值上升。复合材料在压缩应变下在较大的压缩应变范围(0-77%)内显示出良好的线性行为。基于构筑的取向多孔结构,该材料具有良好的结构完整性和优异的力学性能,在2000个循环压缩之后依然保持着良好的稳定性和可回复性,表明该材料具有良好的耐久性,适合长期使用。另外,材料在多种不同的人体运动下模式下均显示出较快的响应速率以及良好的稳定性,显示了其在人体运动检测领域的潜在应用价值。3.研究了CNTs/TPU取向多孔材料的弯曲敏感性能以及拉伸敏感性能。在弯曲过程中材料的电阻值呈现出单调下降的趋势,回复过程电阻上升,与压缩过程不同的是,其电阻不能回复到初始值,这是由于弯曲过程中部分导电网络受到了永久性破坏,导致材料的阻值上升。多循环测试也显示出较差的稳定性。考察了预处理对材料弯曲敏感性能稳定性的影响,结果表明对复合材料进行20个循环的预处理后直接进行循环弯曲测试,其对稳定性提升作用不明显;而在弯曲处理后给予试样24 h的回复时间,发现当预处理应变大于循环弯曲的应变时复合材料具有良好的稳定性和可回复性。另外,在拉伸应变测试时发现CNTs/TPU取向多孔材料的断裂伸长率高达170%,远远超越了文献报道的大多数多孔材料。在拉伸的过程中复合材料的电阻上升,回复时电阻下降。由于部分泡孔壁的永久性破坏导致电阻不能回复到初始值。循环拉伸结果显示出较差的稳定性。基于弯曲敏感测试预处理的实验基础,对复合材料进行20个循环的预拉伸处理后恢复24 h,材料的拉伸敏感性能的稳定性和可回复性性能得到了显著的提高。