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随着可穿戴电子设备在智能机器人、人体运动/健康监测、人机交互等领域的发展与普及,柔性应变传感器作为重要的信号接收与转换单元,获得了工业界和学术界的广泛关注。近年来,导电高分子复合材料(Conductive polymer composites,CPCs)被认为是制备柔性应变传感器的理想材料,其主要由导电填料与聚合物基体两部分构成。其中,碳纳米材料因其优异的导电性、易加工性等优势,被广泛作为CPCs的导电填料。然而,常见的碳纳米材料基CPCs由于导电填料的分散性不佳、导电填料与聚合物基体之间的相互作用力较弱等问题,难以同时实现高灵敏度及宽应变响应范围,限制了其在柔性应变传感器领域的应用。为了进一步提高CPCs基应变传感器的应变响应性能,本文围绕碳纳米材料基CPCs传感性能的相关影响因素,尤其是导电填料分散性和CPCs的制备工艺两个方面,开展了以下研究工作:(1)利用纤维素纳米纤丝(CNF)在水溶液中对碳纳米管(CNTs)进行分散,制备出稳定的CNF/CNTs分散液,作为后续制备CPCs的导电添加剂,并探究了不同羧基含量的CNF对CNTs分散效果的影响;(2)以热塑性聚氨酯(TPU)纺丝膜为聚合物基体,通过真空抽滤将CNF/CNTs分散液负载于TPU纺丝膜,制备出CNF-CNTs/TPU复合薄膜,探究了CNTs的分散性对CNF-CNTs/TPU复合薄膜形貌结构及应变响应性能的影响,并研究了其应变响应行为、传感机理与应用;(3)采用喷涂法将石墨烯导电涂料(GE)涂覆于TPU纺丝膜,实现了GE/TPU复合薄膜的快速制备,探究了喷涂工艺参数对GE/TPU复合薄膜应变响应性能的影响,并对其应变响应行为、形貌结构、传感机理与应用进行了研究。主要研究结论如下:1、CNF羧基含量的增大有利于提高CNF对CNTs的分散效果。随着CNF羧基含量的增大,所制得CNF/CNTs分散液中CNTs的分散浓度逐渐提高,由小到大依次为42.7、94.3、136.8、170.6 mg/L。CNF/CNTs分散液的Zeta电位均小于-30m V,溶液体系的稳定性良好。2、CNTs分散性的改善,对所制得CNF-CNTs/TPU复合薄膜的应变响应范围提高具有重要影响。CNF-CNTs/TPU复合薄膜的灵敏度系数(GF)最高可达3361.9,应变响应范围为303%,响应时间仅为40ms,并且可以进行1000次100%应变量的拉伸-释放循环,兼具高灵敏度、宽应变响应范围、快速响应时间和良好的稳定性。其传感机理主要依靠TPU纺丝纤维上相邻CNTs间的隧道效应及拉伸过程中CNF-CNTs导电层的裂纹扩展。在实际应用中,CNF-CNTs/TPU复合薄膜对扬声器发声、尺子震动、喉咙发音、胸部扩张、手指和膝关节弯曲表现出快速的响应性与良好的稳定性。3、通过控制喷涂的工艺参数,可以实现GE/TPU复合薄膜的应变传感性能的调节。随着喷涂时间的延长,GE/TPU复合薄膜的应变响应范围逐渐扩大。当喷涂时间为9s时,其GF最高可达223.2,应变响应范围为332%,在所制得的GE/TPU复合薄膜中综合性能最优。同时,GE/TPU复合薄膜对于拉伸过程的应变响应时间约为290ms,对于释放过程的应变响应时间约为360ms,可以完成1000次150%应变量的拉伸-释放循环,具备优异的耐久性与电阻稳定性。其传感机理主要依靠石墨烯导电涂料层的裂纹扩展。此外,GE/TPU复合薄膜可以对尺子下压-释放循环、喉咙发音、握拳、手腕下弯的应变进行有效监测。