可穿戴电子产品能广泛用于人体健康监测、智能服装、运动、娱乐等领域,在以上领域中,又以医疗健康及运动领域的潜在需求最大。以纤维集合体为基材制备的传感器能赋予可穿戴电子设备优良的柔韧性、提高使用者的佩戴舒适性,能更好地适应弯曲、扭转等复杂应变的监测。纱线应变传感器不仅能以纱线形态独立形成柔性传感系统,亦能通过针织、机织等方式形成织物传感单元。纤维集合体的滞后性与其粘弹性有关。在外加循环激励下,滞后性的存在将增加传感器应变感知的误差,因此电力学滞后率也是评价传感器机电性能的重要指标。系统研究传感器的电力学滞后率的影响因素,并寻求有效的改善方法,对提高传感单元信号传输的准确性具有重要意义。基于以上问题,本文以氨纶包覆纱、氨纶复丝作为传感器基材,聚吡咯(PPy)为导电相,研究了基材结构、力学性能对传感器机电性能的影响,确定了电力学滞后率的主要影响因素;进而通过改进制备工艺,有效降低了传感器的电力学滞后率。具体研究内容如下:(1)以双包纱(PU/PA/PA)为基材,利用原位聚合法制得聚吡咯涂层纱线应变传感器。采用循环定伸长测试,分析了不同应变下其外层包覆纱结构变化、涂层形态的变化;确定了该种传感器电力学滞后性的主要影响因素,以及后期研究的基材。以力学滞后率低达4.18%的包覆纱(420D/40D/20D)制得的传感器电力学滞后率增长至14.3%。循环加载后外包纱包覆形态几乎无明显变化,芯纱上导电层有明显裂纹;裂纹的部分不可回复性是传感器电力学滞后率增加的主要原因。(2)以氨纶复丝为基材制备传感器,分析了不同应变下其电力学滞后性及涂层形态的变化,为后期性能优化提供依据。由于PPy与PU极性不同,聚吡咯虽能均匀地附着于基材表面,但两者在微观上有一定程度的分离。在60%应变下,传感器的电阻-时间图像已无“双峰”出现,外包纱间的伸直、位移及外包纱与芯纱间的相对位移的去除有利于降低因此引起的导电纱的电力学滞后,就基材的选择而言,与包覆纱相比,氨纶复丝是更好的选择。相同测试条件下,导电纱电力学滞后率、力学滞后率均随应变的增加而降低。导电涂层裂纹间的间隙对纱线电力学滞后率有极大的影响,因此考虑以改变聚吡咯导电层的形态,减小裂纹间隙的方法来改善电力学滞后率。(3)引入预加张力聚合,即导电层聚合在处于一定伸长率下的基材上,聚合完成后,释放预加张力,制得具褶皱结构导电层的纱线传感器。通过循环定伸长测试,同时结合原位拉伸SEM图,分析了预加伸长率、测试应变、测试前预拉伸对传感器的电力学性能及涂层形态变化的影响,证明了该制备方法能有效降低传感器电力学滞后率。预伸长率为100%时(A体系),导电层上能形成规律的环状褶皱。拉伸应变达20%时,导电涂层上才开始出现裂纹,但拉伸、回复过程裂纹形貌存在显著差异。在1-60%的应变范围内,传感器电力学滞后率均显著低于未拉伸聚合的传感器;其变化趋势为先减后增,在应变为20%时达最低值14.34%,比未拉伸聚合的传感器降低70.23%。在10%-60%的应变范围内,传感器力学滞后率仅由8.5%增长至11.73%,说明经预拉伸后,传感器力学性能稳定性增加。力学滞后率低,且应变的稳定性好的基材更有利于改善电力学滞后性。预伸长率为200%时(B体系),导电层褶皱高度低于A体系,拉伸应变达100%时,导电涂层上才开始出现垂直于轴向的裂纹。传感器不能响应低于5%的周期性应变。传感器的电力学滞后率最低达3.94%。导电层间褶皱等结构的接触与基材回复的同时性的改善,降低了传感器的电力学滞后性。综上,本课题的研究表明,预伸长-释放的制备方法能显著改善传感器的电力学滞后性,提高预伸长率可进一步降低电力学滞后率。然而,传感器的电阻变化率、灵敏度因此大幅降低,这与裂纹的延迟出现及导电层厚度增加有关。