碳气凝胶因其特殊的多孔结构,良好的导热/电网络,优异的可压缩性和弹性等特点,在可穿戴设备领域具有巨大的应用潜力。相对于常规的溶胶凝胶法、水热法等,新型的乳液模板法可以制得结构稳定、多功能化的碳气凝胶。然而,由于乳液不稳定及碳化过程质量、体积损失过大等问题,如何使用气泡模板法制备生物质基多孔碳气凝胶仍是一个亟待解决的问题。目前已有学者使用气泡模板法制备石墨烯基多孔碳气凝胶,但是由于石墨烯片层间较弱的相互作用,该类气凝胶具有较弱的机械强度。本论文首先使用高粘度的纳米纤维素（CNF）为原料发泡得到稳定的CNF发泡液,经过简单的冷冻干燥后制得CNF气凝胶。通过添加磷酸二氢铵和预氧化过程减小碳化时的质量损失和体积损失,得到高性能的CNF碳气凝胶（C-CNF）。之后以类似的方法制备纳米纤维素/碳化钛（CNF/MXene）复合碳气凝胶（C-CNF/MX）,通过添加高导电性的MXene提高复合碳气凝胶的压缩电响应性能和灵敏度。最后以氧化石墨烯液晶相（GOLC）稳定的气泡为模板制备具有球形多孔结构的r GO/CNF复合碳气凝胶（CAG）,通过添加纳米纤维素（CNF）来提高石墨烯片层间的相互作用,有效提高碳气凝胶的机械性能和抗疲劳性能。具体工作内容如下:（1）以高粘度的CNF为碳源,采用气泡和冰晶双模板制备C-CNF。磷酸二氢铵的添加和预氧化过程可以有效减小气凝胶碳化过程的质量和体积损失。碳气凝胶具有特殊的球形-蜂窝双孔结构,同时具有由气泡模板形成的大孔球状孔和由冰晶模板形成的小孔蜂窝孔,紧密排列的小孔蜂窝孔使碳气凝胶对压缩具有灵敏的响应,而大孔的球形单元使气凝胶能够承受极大的压缩应变。C-CNF表现出优异的压缩性能,在50%应变下5000圈压缩循环后其应力保留率和高度保留率分别为87.0%和91.7%。此外,C-CNF具有迅速且灵敏的压缩电响应性能,在0-30 k Pa的宽应力范围区间内具有较高的线性灵敏度(0.51 k Pa-1),有望应用于可穿戴设备领域。（2）以CNF和MXene为碳源,采用气泡模板法制备高性能的C-CNF/MX。CNF与MXene都具有良好的亲水性,CNF一方面可作为纳米分散剂,防止MXene纳米片在定向冷冻时发生重叠,另一方面CNF与MXene片层间具有较强的相互作用,有利于三维网络结构的建立。MXene具有优异的热稳定性和导电性,在减小复合气凝胶碳化时的质量损失的同时有效提高C-CNF/MX的压缩灵敏度(由C-CNF的0.51 k Pa-1升至1.01k Pa-1)。C-CNF/MX可有效检测人体关节运动和人体脉搏,在可穿戴设备领域具备应用前景。（3）以氧化石墨烯液晶相（GOLC）稳定的气泡为模板,将气泡模板法与溶胶-凝胶法结合制备轻质高弹性耐压缩的CAG。CNF的引入可以提高r GO片层间的相互作用,使气凝胶在压缩时不会产生不可逆滑动,从而提高碳气凝胶的机械性能和抗疲劳性能。添加20%CNF的复合碳气凝胶（CAG-20）在50%应变时的应力值为4.632 k Pa,为纯石墨烯碳气凝胶（AG）的两倍（2.336 k Pa）,1000圈压缩循环后的应力保留率也从AG的86.1%提高到91%。球形多孔网络结构、片层间强的相互作用和良好的导电性使CAG具有优异的压缩性能和压缩电响应性能。在50%应变10000圈压缩循环后,其应力保留率和高度保留率仍可达90.1%和99.0%;同时CAG-20可以经受99%的超高压缩应变值。在宽应力范围内具有高灵敏度(0-100 Pa为17.2 k Pa-1,0-7 k Pa为0.56 k Pa-1)。以CAG-20为基础的传感器件可以准确捕获人体关节运动、面部表情变化及脉搏,这些功能使其有望在生物信号检测的柔性可穿戴设备得到应用。