随着柔性电子的迅猛发展,可穿戴的柔性应变传感器逐渐在人体运动监测、医疗健康监护、仿生电子皮肤、智能机器人、人机交互、物联网等领域展现出巨大的应用潜力,越来越引起人们的关注。在实际生活中,这些应用的场景和需求往往是多样化的,这对应变传感器的传感能力提出了更高的要求,为柔性传感器的发展带来了新的机遇和挑战。目前,柔性应变传感器的开发主要面临以下几个困难:（1）高灵敏度和大工作范围难以兼顾,使得所制备的应变传感器的性能不够均衡,不能覆盖多种应用场景的传感需求;（2）多功能柔性传感器的构筑较为复杂,需要昂贵的设备和繁琐的操作流程,难以大规模生产制备;（3）多重传感的信号之间容易发生串扰,使传感器难以区分信号变化是由何种物理量的改变引起的,不能同时对多种物理量（如应变、温度和湿度等）进行监测;（4）使用柔性聚合物封装的传感器透气性不好,导致长期穿戴舒适性较差。针对上述挑战,本论文基于轻量导电的碳纳米材料、弹性高分子聚合物和柔软透气的纤维/织物材料,设计并制造了一系列具有不同功能的柔性传感器,以满足多样化的应用需求。主要研究内容如下:1.利用两步化学气相沉积法在螺旋碳纳米线圈（CNC）的弹性骨架上生长碳纳米管（CNT）,构筑了新型的CNT/CNC的分级复合网状结构,使用揭取转印法得到该网状结构薄膜,并利用聚二甲基硅氧烷封装制成应变传感器。研究了CNT的长度和密度对该复合材料的结晶性、导电性和比表面积的影响,进而考察了CNT的引入对传感性能的调节作用。高度可拉伸的碳纳米线圈和高导电碳纳米管的协同效应使该应变传感器既具有较大的工作范围（0～37.5%）又具有较高的灵敏度（GF～70）。通过控制碳纳米管的长度和密度,该应变传感器的工作范围从9%到90%、灵敏度从4.5到70可调。观察了该复合结构在受到拉伸时的结构演变,并建立点接触模型深入分析了该传感器的传感机制。验证了该灵敏度和工作范围可调谐的传感器在脉搏监测、人体运动监测中的应用。2.受CNT/CNC的导电涂层/弹性体复合结构的启发,使用锦/氨纶纬编布料来构建弹性网络基底,浸涂碳黑纳米颗粒作为导电涂层,制备出具有高性能的柔性织物应变传感器。该传感器制备简易,取材低廉,大大降低了制造成本,便于大规模生产。无需聚合物封装就实现了优异的应变传感能力,既具有良好的线性响应（R~2～0.99）、较大的拉伸范围（0～30%）和较高的灵敏度（GF～63.3）,又具有良好的水洗性、循环稳定性和拉伸恢复性。通过观测锦/氨纶纤维结构的变化,揭示了在拉伸过程中纤维接触面积的减少和碳黑层裂缝的产生协同导致传感器电阻上升的传感机制。展示了该织物基应变传感器在可穿戴应用领域中的优势。3.在碳黑纳米颗粒/织物应变传感器的基础上,设计了三明治结构,利用缝制法将电容式传感器和电阻式传感器集合在一个器件中,将其拓展为可检测拉伸、温度和湿度的多功能柔性织物传感器。该传感器的电阻和电容均对拉伸、温度和湿度变化有灵敏的响应,且在不同的刺激下,电阻和电容的变化趋势是不同的。根据电阻和电容的正向或负向响应,可以很好地区分出所施加的刺激。该传感器具有优异的传感性能,其应变传感的灵敏度达到了62.2,在相对湿度和温度增加1%和1°C时,其电阻分别变化了6.27%和-5.3%,且在5000次拉伸循环中表现出良好的工作稳定性。深入地分析了该多功能传感器的拉伸、温度和湿度传感的机理。展示了该多功能传感器在人机交互、个人健康监测、物联网等领域的应用潜力。4.以静电纺丝制备的TPU纤维膜为柔性可拉伸基底,在其上分别浸涂有机热电材料PEDOT:PSS和碳黑纳米颗粒作为温度传感层和拉伸应变传感层,使用热压法将TPU纤维膜夹在这两层中间形成三明治结构的电容式压力传感器,成功地制备了透气的多功能传感器。由于该传感器的电阻、电容和电压信号分别只对拉伸、压力和温度有特异性的敏感响应,大大降低了信号串扰现象,成功地实现了对拉伸、压力和温度多种物理量的同时检测。考察了该TPU系列的力学性能和透气性,系统研究了该传感器的拉伸、压力和温度传感器的灵敏度、响应时间、探测极限和循环稳定性等传感性能,并验证了其在实际应用中同时监测多种刺激的能力。在此基础上,又利用打印技术将PEDOT:PSS和碳黑纳米颗粒打印在TPU纤维膜上,制备了模式化的多功能传感阵列,该传感阵列不仅能感知压力的大小和物体的温度,还能够感知到压力的施加位置和分布范围。综上,本论文从柔性基底和敏感材料的选取、导电体系的构建、传感器结构的设计等方面出发,开发出了一系列具有不同功能的传感器,如工作范围和灵敏度可调谐、透气性良好、具有多传感能力等,为多功能传感器的设计和制作提供了新的研究思路和结构参考。