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随着柔性电子设备的飞速发展,柔性智能可穿戴设备已经逐渐出现在人们的日常生活中,导电纤维也成为智能可穿戴领域研究的重点。目前在智能可穿戴上使用最广泛的导电纤维是金属导线,传统金属导线虽具有优异的导电性能,但质量大、不可拉伸、舒适性差等限制了其在纺织材料上的应用。而已报道的弹性导电纤维虽可实现大范围伸缩形变,但随着拉伸倍数的增加,导电纤维的导电性能急剧下降,影响信号稳定传输。为同时满足导电纤维的高弹性和导电稳定性,受自然界蠕虫爬行身体结构变化的启发,本文采用预应力法成功制备了不同预拉伸倍数的蠕虫状仿生微结构石墨烯/聚氨酯导电纤维,并对其力学性能、导电性、耐久性、耐磨性以及特殊的应变不灵敏性能进行了测试。主要研究内容如下:(1)为了在实验室中批量制备高质量的石墨烯,采用高压均质法制备出了少片层甚至单片层石墨烯,制得石墨烯有较大横向尺寸(平均5～10μm),通过TEM边缘计数法对石墨烯片层进行计数,可见单片层石墨烯,使用该制备石墨烯方法操作简单、成本较低、环保且可量产。(2)为了制备具有应变不灵敏性能的石墨烯/聚氨酯导电纤维,通过筑膜法对石墨烯和聚氨酯混合导电涂料的配比进行了筛选,分析可知石墨烯在30%固含量下,同时满足良好的成膜性和导电性。以聚氨酯弹性纤维为弹性基体,石墨烯和聚氨酯混合导电涂料作为导电材料,采用预应力法制备不同预拉伸倍数的石墨烯/聚氨酯导电纤维。(3)为了筛选最优应变不灵敏性的石墨烯/聚氨酯导电纤维,对制备的不同预拉伸倍数石墨烯/聚氨酯导电纤维进行了性能进行测试,不同预拉伸倍数石墨烯/聚氨酯导电纤维均具有高断裂伸长率(超过1010%),低模量断裂强度(30 MPa左右)。其中300%石墨烯/聚氨酯导电纤维有非常广的可逆电信号响应范围(0<ε<815%)、良好的初始电阻(2079Ω)、优异的耐久性能(超过4000次10%拉伸倍数的拉伸-释放循环)和良好的耐磨性能,300%预拉伸倍数石墨烯/聚氨酯导电纤维的应变不灵敏范围(ΔR/R0<0.1)高达220%,且在300%拉伸倍数下,石墨烯/聚氨酯导电纤维的应变不灵敏系数高达11.26,超过绝大部分已报道的弹性导电材料。(4)为了突出表现300%预拉伸倍数石墨烯/聚氨酯导电纤维的应变不灵敏性能,以及对该导电纤维的实际使用情况进行模拟。以0%和300%预拉伸倍数石墨烯/聚氨酯导电纤维设计对照应用实验,将它们分别用作简易称重天平和LED灯的导线,通过对两种导线进行同程度拉伸,0%预拉伸石墨烯/聚氨酯导电纤维电阻变化明显,而300%预拉伸倍数石墨烯/聚氨酯导电纤维的电阻变化几乎可以忽略不计,可以显著突出石墨烯/聚氨酯导电纤维优异的应变不灵敏性能;对300%预拉伸倍数石墨烯/聚氨酯导电纤维的应变不灵敏性能进行实际可穿戴上的应用测试,将其连接LED灯织入织物中,对织物拉、搓、拧、卷等的复杂形变和人体关节运动带来的大形变进行模拟实验,整个过程小灯泡亮度没有发生变化,总电阻变化小于0.05,说明300%预拉伸倍数石墨烯/聚氨酯导电纤维的应变不灵敏性能满足其在可穿戴设备中稳定传输信号的要求。