导电水凝胶是兼具柔性和生物相容性的一类导电材料,具有接近组织的含水率、可调控的网络结构、力学性能和导电性能等优点,在生物传感器、力传感器、柔性电子器件、电子皮肤等传感领域具有非常广阔的应用前景。目前,大多数水凝胶往往自身的机械性能较差,难以满足实际应用中的复杂应变环境。此外,传感器信号采集的可靠性和准确性对于材料的灵敏度要求极高。通过导电网络和柔性绝缘网络之间相互作用的精心设计,使得导电网络在变形过程中最大程度地对外界微小应变作出响应,且能够及时回复,是获得高灵敏度的重要保证。为了解决导电水凝胶高强度和高灵敏度两者难以兼容的问题,本研究通过对聚合物网络的精心调控,获得了一系列兼具高强度和高灵敏度的导电水凝胶。本文的研究内容主要包括以下两个方面:发展了高强韧双网络间氢键协同作用提高应变传感灵敏度的方法体系。本论文设计了以丙烯酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯的共聚网络作为第一柔性网络,原位氧化聚合得到的聚苯胺网络为第二刚性导电网络,组成高强韧导电双网络水凝胶。两个网络之间通过强烈的氢键作用,紧密地结合在一起。在外界极小应变作用下,可同时发生变形和及时回复,实现了高灵敏度和循环稳定性。通过调控凝胶中聚苯胺的含量,研究了水凝胶的机械性能、电导率和电传感性能。对比分析不同聚苯胺含量的水凝胶应变前后水凝胶网络的微观形貌,揭示其应变传感的机理。依靠其优良的电传感性能,实现对人体诸多生理信号的高灵敏度检测,包括肢体弯曲、脉搏跳动和声带震动。以该导电水凝胶制作的超灵敏阵列传感器,还可模拟人体皮肤对二维应力信号的实时感知。发展了自粘附导电水凝胶的制备方法体系。基于聚苯胺的水凝胶应变传感器在应用中往往存在与基体之间的粘附力弱的问题,不利于传感器与探测对象之间的粘合,也会影响检测的准确性和灵敏度。针对此问题,本文进一步开发了一种新型自粘附离子导电水凝胶,其包含动态交联的聚两性离子网络(PSBMA)与物理交联的聚乙烯醇(PVA)网络,表现出优异的机械性能、可重复的自粘合性以及线性高应变灵敏度。其中,经冻融处理的聚乙烯醇为凝胶提供物理交联的网络骨架,聚两性离子在骨架中原位生成并依靠自身的静电偶极作用以及氢键作用自交联形成功能网络。论文研究了PSBMA含量对凝胶机械性能、粘附性能、导电性能和应变传感性能的影响,并将获得的水凝胶作为传感器直接附着在人体皮肤上,用于监测人体生理信号的微小变化。本文通过协同调控水凝胶网络和导电网络结构,构建出可逆且抗疲劳的能量耗散机制,以及能够对外接微小应力变化作出快速响应的导电网络,获得了具有高应变灵敏度的高强韧型导电水凝胶。本文研究成果对基于导电水凝胶的柔性电子器件的设计和制造提供了一种新思路。