响应性差,质量大,不易携带是早期可穿戴设备的缺点。研究者为了解决这些问题,着重研究了具有高灵敏度且轻便易携带的可穿戴设备,并且为了迎合当今时代环保的主题,具有可生物降解性的可穿戴设备是该领域的发展趋势。相较于石墨烯和碳纳米管这两种具有高响应性但是成本较高且难降解的材料,丝素蛋白(SF)这种从蚕茧壳中提取且具有优异的生物相容性和生物降解性的天然蛋白质是可穿戴设备的首选材料。本研究将SF作为基体材料,通过水解微晶纤维素得到纤维素纳米晶(CNCs)并作为增强剂引入SF基体,得到SF/CNCs复合材料。探究了不同CNCs含量对复合膜的截面形貌、氢键分数、热稳定性、力学性能、传感性能等的影响,以及评估SF/CNCs复合材料作为电子皮肤在传感领域的应用前景。(Ⅰ)丝素蛋白/纤维素纳米晶复合膜的制备及其多重传感性能研究。通过溶液浇铸法制备得到SF/CNCs复合膜,并对其进行了一系列测试。其中SEM结果显示CNCs在SF基质中具有较好的分散性,这有利于CNCs与SF之间氢键的形成,利用高斯/洛伦兹函数对各组膜的红外峰进行分峰拟合,通过公式计算得出复合膜的氢键分数最高达到了 0.71,同时新氢键的形成也进一步提高了复合膜的热稳定性与力学性能,而且由于具有刚性分子链CNCs的引入,复合膜的阻隔性能有所提升。更为突出的是复合膜的弯曲传感响应和乙醇气体响应也得益于新氢键的形成,使其具有比SF膜更高的响应能力,电压变化率分别达到了 45%和150%。此外,弯曲状态下的复合膜由于削弱了分子链之间的空间位阻效应,具有比正常状态下的复合膜更高的乙醇气体响应[(AV/Vo*100%)>200%)]。(Ⅱ)丝素蛋白/纤维素纳米晶复合导电凝胶(SCP)的制备及其传感性能研究。通过均向自由基聚合法引入了聚丙烯酰胺分子链并成功制备了 SCP。研究了 SCP对不同人体活动方式、温度、各种气体的响应能力。经过多种传感测试发现,SCP对扭转力有较好的响应能力,电阻变化率最高达到80%(扭转180°)。除此之外,SCP对较高的温度(50℃以上)也有较明显的响应,与在室温下相比,SCP在70℃时显示出17.5%的电阻变化率,表明SCP在温度感测领域也有一定的发展前景。