【摘 要】
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石墨烯三维多孔材料因其具有高弹性、丰富的多孔结构等特征被广泛用于柔性压阻传感材料领域。研究人员通常以柔性高分子材料（如橡胶、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷等）为基体,将氧化石墨烯（GO）片层沉积到聚合物基体或骨架上,经还原后制得石墨烯三维多孔材料。然而,由于制备过程中石墨烯片层间较强的π-π相互作用和范德华力的存在,使石墨烯片层易于发生不可逆团聚,影响了聚合物基体与石墨烯片层之间的结合,使得石墨烯三维多孔
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石墨烯三维多孔材料因其具有高弹性、丰富的多孔结构等特征被广泛用于柔性压阻传感材料领域。研究人员通常以柔性高分子材料（如橡胶、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷等）为基体,将氧化石墨烯（GO）片层沉积到聚合物基体或骨架上,经还原后制得石墨烯三维多孔材料。然而,由于制备过程中石墨烯片层间较强的π-π相互作用和范德华力的存在,使石墨烯片层易于发生不可逆团聚,影响了聚合物基体与石墨烯片层之间的结合,使得石墨烯三维多孔材料结构的稳定性降低,因此这类石墨烯三维多孔材料的柔性压阻传感性能往往存在灵敏度较低,响应时间较长等问题。基于此,本论文提出了构筑具有特殊孔洞结构的石墨烯三维多孔材料的制备方法,并研究了由这两种方法制备而来的还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵的微观结构、机械性能、传感性能及超疏水性能。主要研究结论如下:通过结合热诱导法、模板法和化学还原法制备了具有特殊孔洞结构的还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵。以聚氨酯为基本骨架,十二烷基糖苷为发泡剂以形成GO微泡团聚体,抗坏血酸（LAA）作为还原剂得到还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵（GPCS-LAA）。研究发现,在热诱导条件下,由于GO微泡团聚体中的微泡在聚氨酯骨架内的聚合并破裂,使得微泡表面的氧化石墨烯（GO）较好地喷覆在聚氨酯（PU）骨架上,避免了GO发生团聚堵塞PU孔洞,从而形成了“孔中有孔”的特殊孔洞结构;同时,热诱导为LAA对GO的还原提供了适宜的温度条件,简化了GPCS-LAA的制备过程,使PU中的GO成功被抗坏血酸还原。基于这种结构的GPCS-LAA的柔性应力应变传感器的灵敏度高达2.9～4.0,能够检测低至10 Pa的压力,响应时间低至35 ms,可以稳定的进行5000次加载-卸载周期的循环检测。进一步组装后,基于GPCS-LAA的可穿戴式传感器可以实时、精准的监测肘部弯曲,手指弯曲等人体运动。针对石墨烯三维多孔材料在恶劣的环境,例如潮湿、污渍、腐蚀性等条件下的实际应用,我们研究了一种兼具超疏水性和柔性压阻传感性能的还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵,以聚氨酯为基本骨架,十二烷基糖苷为发泡剂以形成GO微泡团聚体,通过液氮对GO微泡团聚体/聚氨酯复合海绵进行极速冷冻,从而在PU中形成分级孔洞结构,再经过肼蒸汽还原而得到还原氧化石墨烯/聚氨酯复合海绵（GPCS-HHA）。基于GPCSHHA的柔性应力应变传感器的灵敏度最高可达3.8,响应时间低至45 ms,并且能够稳定的检测不同应变下电阻的变化。在GPCS-HHA弯曲-释放的过程中,流过GPCS-HHA样品的电流也实时、稳定地做出相对应的变化。同时,GPCS-HHA有良好的超疏水性,水接触角（WCA）达152.5°,在潮湿及水下等复杂环境中具有潜在的应用价值。
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