剪切变硬胶（SSG）是一种交联度较低的聚硼硅氧烷高分子材料,具有独特的率相关力学性质。在自然状态下,SSG模量较低,呈现出柔软与塑性地状态,容易在外力或者自身重力作用下产生不可回复的塑性形变;然而在受到高应变率的外载荷时,SSG由黏流态迅速相变到橡胶态甚至玻璃态,储能模量、屈服应力、弹性模量等力学特性发生大幅度增强,同时耗散大量的能量。在撤去外载荷之后,SSG又能回复初始状态。这种适应于外界应力场环境,并且对载荷具有可逆力学响应的性质使SSG及其复合材料在柔性装甲、人体护具、缓冲隔振等领域具有广阔的应用前景。然而目前对于SSG在不同应变率下的力学性能变化和能量吸收机理的相关研究尚显匮乏;在SSG冷流问题的解决方案、SSG复合材料的性能优化、力-电耦合行为分析等方面仍然存在很多亟需解决的问题。本文通过机械发光方法研究了 SSG在不同应变率冲击下的力学响应,通过光强信息分析了 SSG的力缓冲和能量吸收机理,开发了克服SSG冷流缺陷的方法,研究了基于SSG的传感器在准静态和动态冲击下的力-电耦合行为,分析了其防护缓冲、传感能力与微观结构的关系,探索了SSG复合材料在人体护具、手势传感、运动检测、足底压力分析以及步态矫正等领域的应用前景。主要研究内容如下:1.剪切变硬胶的缓冲耗能行为表征与机理分析。使用机械发光材料将不可见的力/能量信号转换为可见的机械发光信号,并且通过这种具有全场测试、设置简单和用户交互性好等优势的方法,研究了 SSG动态冲击下的防护性能和机理。通过分析冲击过程中的瞬时光强信号和力信号验证了 SSG从黏流态到橡胶态的相变以及能量吸收。借助光场图像与冲击能量分布图的对应关系,将冲击区域的扩大和相变过程的能量吸收可视化,从而促进了对动态冲击过程中SSG能量吸收机理的理解。SSG的剪切变硬特性和黏弹性变形将冲击面积扩大了近5倍,极大的分散和耗散了冲击力和冲击能量。此外,借助可视化的能量图和SSG图像清楚地观察到伴随裂纹的相变,这在进一步扩大了冲击面积的同时有利于冲击能量的吸收。2.导电剪切变硬胶-海绵复合材料的吸能与传感行为研究。将掺杂导电炭黑的剪切变硬胶（SSG-CB）浸渍到柔性聚氨酯海绵（PUS）中,开发了一种新型SSG-CB/PUS复合材料。研究了 CB和PUS对复合材料性能的影响,发现CB赋予了 SSG良好的导电性,具有三维连通结构的PUS能够很好的抑制SSG的冷流缺陷。研究了 SSG-CB/PUS复合材料在不同刺激下的电学响应,发现其能够准确地感知准静态拉伸压缩变形和动态冲击,是一种优秀的柔性传感器。并且在动态冲击过程中SSG-CB/PUS复合材料还能够大幅减小穿透力,具有可靠的抗冲击防护性能。研究了多功能SSG-CB/PUS复合材料的防护和传感机制,发现可逆的‘B-O’动态键是导致其剪切变硬特性的主要因素;SSG-CB/PUS复合材料依赖于导电网络结构的电学特性导致了其优秀的静态与动态传感行为。最后将SSG-CB/PUS复合材料应用于增强传统护膝,增强后的护膝能够监测人体运动信息,如行走、跑步和跳跃,而且可以在保护人体的同时探测到外界冲击力的幅度。3.SSG/Ecoflex复合材料的3D打印制备方法与缓冲耗能行为分析。以SSG为内层打印墨水,柔性硅橡胶（Ecoflex）为外层打印墨水,使用3D核壳打印技术将两种打印材料通过核壳喷头共挤出一步形成SSG/Ecoflex核壳结构。研究了外层墨水挤出速率对打印的核壳线材和薄膜尺寸的影响。测试了打印薄膜在不同方向拉伸方向下的力学性质,分析了打印方向夹角对其各向异性的影响。研究并对比了 SSG,SSG/Ecoflex和Ecoflex薄膜动态动态冲击下的防护效果,发现SSG/Ecoflex薄膜能够有效的缓冲冲击力,保护人体免于动态冲击的威胁。使用3D核壳打印技术制备了定制化鞋垫,研究并比较了其与商业泡棉鞋垫的动态冲击防护能力。分析了定制化鞋垫用于人体异常步态矫正的可行性。4.导电SSG-CNT/Ecoflex复合材料的一体化打印与性能研究。使用同轴核壳3D打印技术将导电剪切变硬胶（SSG-CNT）封装于柔性硅橡胶（Ecofelx）管道中制备了核壳结构的传感器（SSG-CNT/Ecoflex）,并且在打印的薄膜中引入剪纸图案使其能够紧密贴合于弯曲或者尺寸变化的复杂表面。研究了 SSG-CNT/Ecoflex传感器在拉伸、压缩和弯曲变形下的电阻响应,发现其具有很好的传感精度（～0.1 mm）,出色的传感稳定性（＞10000次循环）、灵敏度和力学稳定性。借助于这种出色的传感性能,探索了 SSG-CNT/Ecoflex传感器在人机交互中的应用。制备了基于SSG-CNT/Ecoflex传感器的双层阵列,研究了其对静态、动态刺激的监测能力与动态冲击防护效果。此外,将剪纸图案启发的设计方法引入到二维平面可穿戴电子设备中,将其转换为三维可调整结构,该结构能够自我调节并紧密贴合在复杂的人体表面,实现更好的人体健康信息和运动信息采集。