随着科学技术的发展,具有良好电化学性能和宽应变工作范围的柔性传感器已广泛应用于运动检测、个性医疗保健等领域。近年来,水凝胶基应变传感器显示了巨大的优势,水凝胶是由缠结和交联的聚合物链组成的三维网络结构,其网络结构易于设计合成,可实现良好的机械强度、弹性模量、离子渗透性和高导电性能,水凝胶为基体制备的柔性传感器可以迅速响应由拉伸、弯曲、压缩甚至折叠引起的变形。本课题利用导电聚合物传导、离子传导和碳基材料电子传导三种不同的导电策略制备了聚丙烯酰胺（PAM）基水凝胶应变传感器,选用纳米纤维作为增韧材料,结合到聚合物水凝胶网络中,调节界面相互作用,这为设计具有优异力学性能和高敏感应变特性的水凝胶传感器提供了新的思路。主要研究内容如下:利用海藻酸钠/聚丙烯酰胺（SA/PAM）水凝胶为导电传感器基材,在AM单体交联前,加入一定量的细菌纤维素悬浮液（BC）,倒模加热凝固成型后,将其浸泡在苯胺溶液中完成原位聚合,形成均匀的聚苯胺（PANI）导电网络,最后用PU膜等将其组装为BSP-PANI（BC/SA/PAM-PANI）水凝胶应变传感器。通过SEM、EDS表征各组分水凝胶的微观形貌,通过FTIR、TG、XPS表征其结构,利用断裂拉伸测试探究水凝胶体系中SA、BC、PANI各组分对水凝胶的力学性能影响,进行流变性测试评估各组分水凝胶的粘弹性。结果表明PANI成功负载在BSP水凝胶网路中,形成均匀的PANI导电通路,水凝胶网络之间形成多重氢键。当BC/AM为1.50%时,BSP-PANI水凝胶力学性能最优,断裂强度达218 KPa,断裂伸长率为295%。BSP-PANI水凝胶应变传感器能瞬时响应1%～200%范围内的微小应变和较大应变,在承受200次加卸载循环后,表现出耐久稳定性,可成功监测人类活动。利用明胶/聚丙烯酰胺（Gelatin/PAM）水凝胶为导电传感器基材,选择2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）介导氧化的纤维素纳米纤维（CNF）为增韧材料,掺杂氯化钠（Na Cl）提供离子导电性,采用简单的一锅法制备了CGP-Na Cl（CNF/Gelatin/PAM-Na Cl）水凝胶应变传感器。SEM表明水凝胶均呈现多孔结构。EDS表征发现,Na Cl均匀分布在整个材料中。通过对各组分水凝胶样品进行断裂拉伸测试发现CGP-Na Cl水凝胶具有良好的力学性能,当CNF含量为0.6%时,样品应变增至1318%,应力为161 KPa,CNF的添加有效提高了水凝胶的韧性。在DSC测试中,当Na Cl浓度为2 M时,CGP-Na Cl水凝胶显示-45.6℃的冻结温度,证明了材料具有良好的抗冻性能。CGP-Na Cl水凝胶应变传感器具有优异的电导率,高达5.86 S/m。组装而成的传感器可响应不同幅度和不同频率下的拉伸应变,表现出165 ms的快速响应时间,经过150次循环拉伸试验后,未发生明显的电信号退化,传感性能稳定。在纤维素纳米纤维/明胶/聚丙烯酰胺（CGP）水凝胶体系基础上,采用碳基导电材料羧基化多壁碳纳米管（c-MWCNTs）构建导电路径,最后在纯乙二醇（Eg）溶液中完成溶剂置换制备了CGPEg-c-MWCNTs水凝胶应变传感器。利用SEM、FTIR表征发现,水凝胶具有多孔结构,在CNF的协助下c-MWCNTs在水凝胶网络中分散良好,各组分材料良好结合。表征发现当CNF的添加量为0.8%,Eg浓度为100%时水凝胶展现出最优力学性能,水凝胶具备1000%以上的高度可拉伸性。CGPEg-c-MWCNTs水凝胶在本次DSC测试所能提供的最低扫描温度-80℃下,也未观察到明显的凝固峰,证明其具有极佳的抗冻特性。在保水性能方面,样品在20℃、50%湿度条件下放置10天后仍可以保持其初始重量的79%,同样环境下放置7天后,断裂应力仅减小了3.2%。CGPEg-cMWCNTs水凝胶组装而成的传感器,具备700%的宽应变窗口,灵敏系数为2.06,可响应不同拉伸频率,保存30天后仍能准确输出电信号,长期工作可靠性达400个加卸载周期。该水凝胶传感器还可应用于人体运动检测领域,为开发可穿戴柔性应变传感设备提供了一种富有前景的策略。