磁流变弹性体(magnetorheological elastomer,MRE)是将磁性颗粒分散于弹性高分子载体中复合而成的一类智能材料。通过控制外加磁场激励,其储能模量等力学性能可以连续可逆地变化,表现出独特的磁流变效应。在过去的二十年中,通过改进优化高分子载体、磁性颗粒、添加剂等,MRE的机械性能和磁流变效应得到了很大的提升。近年来,MRE的电学性能研究成为该领域的新兴研究热点,其特殊的力-电特性和磁-电特性使MRE在智能传感领域极具应用前景。目前,尽管导电MRE的实验测试和理论分析取得了一定进展,对MRE优异的磁-力-电响应性能也有了一定的认识,但MRE智能传感领域的实验和理论工作还较为缺乏,基于MRE的高灵敏传感器件的研制和开发还有待开展。本文通过设计优化MRE的结构和材料制备工艺,研制了不同维度结构的高性能导电MRE,深入研究了 MRE传感器件的表征手段和测试方法,分析了 MRE的电学性能与微观结构、外加激励场之间的关系,探索了 MRE在非接触传感、仿生机器人、人机交互电子设备等领域的应用前景。主要研究内容如下:1、不同维度结构的新型MRE电阻传感器的研制。本研究以设计和优化结构为主,兼以优化材料参数和制造工艺,如载体固化比、羰基铁颗粒质量分数、导电材料及其质量分数等,获得具有高柔韧性、高导电敏感特性的MRE传感器。从体材料到线结构再到多维度的复合结构,设计了低密度多孔结构、一维复合纤维结构、自组装接触式互锁结构以及三维组合结构。解决了柔性MRE传感器中现存的柔性不足、灵敏度低、制备过程繁琐等问题。2、MRE传感器在力、磁场作用下的性能测试方法及其磁-力-电特性的研究。运用流变仪、材料测试系统、微纳机械测试系统、电磁系统、自制器件等测试手段分析评估MRE传感器在拉、压、弯、扭、剪、平面外力、磁场激励作用下的力-电性能。研究器件在不同实验参数下的磁-力-电响应性能,实验参数包括力场大小、不同磁场环境、磁场大小和施加方向,器件性能包括阈值、响应时间、稳定性、灵敏度、线性度等。研究结果表明,通过结构优化设计,MRE传感器能够区分mN级的力场变化和mT级的磁感应强度变化。应变灵敏系数可以达到1965,应力敏感系数达到1.7%Pa-1,磁场灵敏度达到240%T-1。3、导电MRE在力、磁场作用下的力学和电学响应相关机理的研究。采用有限元模拟等数值方法,探索了在不同力、磁场作用下不同结构的MRE的磁-力-电响应机理。载荷作用下,MRE传感器内部表现为导电网络组件和导电网络形态发生变化。结合材料的界面特性等微观结构参数,分析材料微观结构演变与力-电性能变化的相互关系,与实验结果相互验证,建立了材料的微观电学模型和描述其磁致力学和电学行为的理论模型。4、柔性MRE传感器件在不同智能领域的应用基础研究。柔性MRE传感器拥有感知微力/应变刺激、流场变化、磁场变化、声波变化等仿生功能。基于MRE的性能研究,开发出磁控开关、柔性磁控抓手、双模感测智能棋盘、可设置灵敏度的应变传感器、无接触手势感应器等器件。便捷的制造工艺和出色的多模式传感特性使柔性MRE传感器件可以在下一代智能电子领域占有一席之地,例如多模感应系统、非接触式驱动与传感系统以及仿生机器人领域。