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柔性力敏材料能承受较大应变,并将应变转化为成易于探测的电信号,在可穿戴电子器件、人体运动健康检测、电子皮肤等领域具有重要的应用。针对目前聚合物基柔性力敏导电复合材料中存在填料用量高,导电性、拉伸性、灵敏性等难以兼容等问题,本课题以柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,采用溶胀渗透、自然沉降与磁场辅助等策略,调控填料在基体表层分布,构筑了低填料用量的层状高柔性力敏导体,深入探究了材料的应变响应机制与传感性能,并应用于人体运动监测,具体如下:(1)首先,以高弹性聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为柔性基体,低维度的纳米CB(nCB)作为导电填料,采用溶胀渗透的方法形成了梯度填料分布的三明治层状柔性力敏材料。nCB通过扩散作用进入到己烷溶胀的PDMS的表面和内部,少数nCB扩散到PDMS的内部区域,而大多数nCB保留在表面层中,形成了梯度nCB分布形态。填料在表面层中富集,确保了良好的导电性,填料含量高的表层对应变比较敏感,有利于提高灵敏度。填料含量随深度增加而降低,总填料含量低,这有利于复合材料的拉伸性。PDMS/nCB柔性力敏材料在仅6.2 wt%CB负载下达到355%的工作应变和343的灵敏度(GF),即使在200%的高应变下,复合材料也显示出良好的循环行为。另外,由于表面粗糙,PDMS/nCB的表面表现出超疏水性。(2)为了提高柔性力敏材料的导电性,引入了导电性能更好的镍包石墨(NCG)。通过采用一种简便的填料一步沉降法来制备基于层状结构PDMS的柔性力敏材料。高密度的NCG在低粘度的PDMS溶液中进行沉降并堆积,在PDMS/NCG柔性力敏材料底部呈现出二维导电网络,其逾渗阈值(P_c)仅为2.52vol%,在NCG为11.11 vol%时,导电率高达148 S/m。在施加应力的情况下,复合材料电阻从8~20Ω增加到4×10~8Ω,GF高达5.6×10~8。在10%应变下的机电循环中表现出优异的循环性能,在人体应用测试也表现出出色的结果。(3)为了进一步增加PDMS/NCG的可工作应变,通过橡胶磁纸诱导形成取向结构的层状PDMS/NCG柔性力敏材料。橡胶磁纸为宽度约为2 mm的磁性橡胶条与1 mm的不含磁性的橡胶交替组成,其中磁性橡胶条依次呈现N、S、N、S、N、S···分布。在橡胶磁纸作用下,NCG呈现两种不同结构的分布状态。NCG在磁条上方沿磁感线形成水平取向的网状搭接,在不含磁性的橡胶上方形成垂直取向的离散的NCG岛屿。形成的这种高质量的NCG导电网络能显著提高PDMS/NCG的工作应变范围。当NCG含量为0.04 g/cm~2时,电导率为23.10 S/m,应变检测范围为196%,GF值为1.04×10~6,有望应用于柔性力敏器件中。