随着纳米科技的不断发展,碳纳米材料成为众多科学领域的研究热点。由于碳纳米材料具有优异的力学和电学性质,因此可以被添加到高分子聚合物中以制备碳纳米高分子导电复合材料,如多壁碳纳米管（MWCNT）/聚偏二氟乙烯（PVDF）等。利用此类复合材料的力-电压阻性能,可以开发高性能复合材料应变传感器。然而,由于材料本身属性和制备工艺的限制,单一组分碳纳米填料导电复合材料的力-电压阻灵敏性难以得到进一步有效提高。研究发现,与单一组分碳纳米填料复合材料相比,将不同种类的碳纳米填料混合添加到高分子中制备的复合材料具有更好的导电性能和压阻性能。本文选用大长径比的MWCNT和小长径比的炭黑（CB）作为碳纳米填料,采用材料实验→数值模拟→器件应用的思路,研究了MWCNT和CB双填料对纳米复合材料导电性能和力-电压阻性能的协同增强效应,具体研究内容和结果如下:（1）MWCNT和CB在PVDF基体中的力-电压阻效应研究。采用溶解基体、混合填料、蒸发溶剂和固化成型等工艺制备MWCNT/CB/PVDF复合材料薄膜测试样品。利用扫描电子显微镜（SEM）等对MWCNT/CB/PVDF复合材料进行微观表征时发现,CB颗粒在PVDF基体中呈现宏观均匀分布、局部小规模聚集的分散状态。对MWCNT/CB/PVDF复合材料的力学性能、电学性能和力-电压阻性能进行测试的结果表明,MWCNT/CB/PVDF复合材料的力学性能稳定,导电性遵循渗流现象模型,添加少量的大长径比MWCNT就可以显著提高CB/PVDF复合材料的导电性,MWCNT和CB构成的双填料碳纳米复合材料相较单一组分掺杂的碳纳米复合材料测试样品,具有更优异的压阻灵敏度。CB1CNT0.1号测试样品在本组测试结果中最优异,其灵敏度（GF）在应变为1%,3%和5%时分别达到了9.71,10.72和12.07;（2）MWCNT/CB复合材料的力-电压阻性能数值仿真研究。结合已有工作,基于基尔霍夫定律构建三维统计学电阻网络数值仿真模型。当算例胞元中MWCNT含量较低时,随着CB含量的增加,算例胞元的电阻率明显降低。而当算例胞元中MWCNT含量较高时,随着CB的加载,算例胞元的电阻率降低不再明显。当外界施加应变后,算例胞元中的MWCNT和CB将重新定位,再次计算算例胞元的电阻,进而得到算例胞元的压阻效应结果。当MWCNT含量为0.073 wt.%时,CB含量升至0.2 wt.%时才达到最佳的力-电压阻响应灵敏性。然而,随着MWCNT含量的提高,CB含量对算例胞元的力-电压阻响应灵敏度的影响逐渐增强。当MWCNT含量为0.378 wt.%时,CB含量只需升至0.025 wt.%,该组材料即能表现出最佳的力-电压阻响应灵敏性。值得注意的是,对比最终GF值,较低MWCNT含量和适当CB的含量可以获得最佳压阻灵敏度。此外,本文还对三维统计学电阻网络模型进行了优化尝试以提高数值模拟的计算效率;（3）激光烧蚀MWCNT/CB/（聚二甲基硅氧烷）PDMS复合材料应变传感器的开发。本论文提出了该类传感器的制备工艺并测试了传感器的力-电压阻特性。结果显示,该传感器具有优异的力-电压阻灵敏度。其中,CNT1.0-P3.0号样品在5%应变处的GF值高达513,CNT0.6CB1.0-P3.0号传样品在5%应变处的GF值高达584.7,相比传统碳纳米/高分子均匀混合物复合材料传感器,其灵敏度具有明显优势。对烧蚀区域的截面进行微观表征发现,激光烧蚀可在材料中生成“灌木丛”状导电结构。随着激光功率的增加,“灌木丛”状烧蚀结构的高度先增大后减小,与之相对应的,传感器测试样品的GF也先增大后减小,即中等适当强度的激光功率可以导致最优的力-电压阻灵敏度性能。从烧蚀产物的透射电镜（TEM）照片和X射线衍射图谱（XRD）可以看出,由于激光烧蚀作用,碳纳米材料表面附着了一层无定形碳,而CB在以MWCNT为主体构成的激光烧蚀导电结构中可以帮助附着更多的无定形碳,从而增强“灌木丛”状烧蚀结构的力-电压阻灵敏度。综上,本文对MWCNT和CB在复合材料导电网络中的力-电压阻协同效应进行了详细研究,揭示了双填料碳纳米复合材料高灵敏度力-电压阻特性的机理,研究结果对进一步提高碳纳米高分子复合材料的力-电压阻性能和设计高性能复合材料应变传感器重要的指导意义。