穿戴式设备因其在互动娱乐、运动健身、医疗健康等领域有着巨大的应用潜力而备受广泛关注。传统的可穿戴式传感器,由于受其固有的刚性和人机界面不匹配等因素大大制约了其用户黏性。柔性传感器因其具有良好的穿戴舒适性和优异的生物相容性,在许多领域逐渐崭露头角。但是如何提高传感器性能如灵敏度、粘附性以及自愈性等仍存在不小的挑战。石墨烯具有高强度(125 GPa)、大比表面积(2630㎡g-1)、良好的导电性和生物相容性等优点,已经成为制备柔性传感器的首选敏感材料之一。本文通过简易的溶液共混法分别制备成两种不同的石墨烯基水凝胶材料并组装成柔性可穿戴式传感器,并用于检测人体不同幅度的运动及生理参数。具体研究内容如下:(1)通过简单的两步法制备了一种基于石墨烯的复合导电水凝胶。试验利用氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)和聚多巴胺(Polydopamine,PDA)为原料,实验采用两步共溶法,利用PDA部分还原氧化石墨烯(Partially reduced graphene oxide,prGO)构建了一种PVA-prGO-PDA复合导电水凝胶。实验结果表明,该水凝胶具有优异的力学性能,其拉伸强度高达146.5 KPa,拉伸伸长率为2 580%,断裂能达2 390.86 KJ m-3。同时,由于多巴胺(Dopamine hydrochloride,DA)自聚合形成的PDA使水凝胶在各种材料表面均具有很强的黏附性(黏附强度为23.04 KPa)。经PDA还原后的还原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide,rGO)赋予水凝胶良好的电学性能,电导率可达5 mS cm-1,弯曲传感响应为300%。另外,水凝胶还具有良好的自愈合性能,其断裂截面接触自愈10秒后,电自愈效率达到原电阻的98%。这种具有自黏附、自愈合性能的石墨烯基导电水凝胶通过进一步组装成可穿戴式传感器,可实时准确地检测人体的大尺度运动(包括手指关节、手腕关节、肘关节、膝关节、颈部的活动)和小尺度运动(包括吞咽、呼吸)。再则,该水凝胶还可作为自粘式表面电极用于检测人体电生理信号。基于PVA-prGO-PDA水凝胶的柔性可穿戴式传感器有望用于长期、连续监测人体运动和检测人体电生理参数。(2)超高韧性以及良好保水性能石墨烯基水凝胶的制备及应用。试验选用具有良好生物相容性的聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAm)、海藻酸钠(Sodium alginate,SA)构建互穿交联网络水凝胶作为柔性基底,采用经PDA部分还原的GO作为导电填料,制备出一种PAm-prGOSA水凝胶。试验结果表明,PAm-prGO-SA水凝胶具有优异的电学性能,电导率高达12.99 S cm-1,弯曲传感响应为290%。该水凝胶构成的互穿网络和GO与各分子链之间的相互作用力的协同作用,使PAmprGO-SA水凝胶的断裂能高达4 754 KJ cm-3,在很大程度上改善水凝胶抗拉伸性能不足的缺点。特别地,由于SA、GO和PDA具有大量亲水性基团,使水凝胶还具有良好的保水性能,短时间内含水量保持在90%以上。PAm-prGO-SA水凝胶组装的柔性可穿戴式传感器能准确有效地检测人体大幅度活动,如腕关节、膝关节、颈部活动;同时也可以检测到人体的微小应变(如:呼吸)。因此,该传感器在医疗健康领域的可穿戴式设备中具有较好的应用潜力。