随着可穿戴电子设备的发展,对能与人体发生充分交互作用的柔性应变传感器也备受关注。而日常生活中常用的纺织品以其独特纤维集合体结构（纱线、织物）所展现出柔性、双曲率效应、轻量化、可呼吸、可洗涤、耐用性等优势,是理想的应变传感器的结构平台。但是由于纤维基材本质的绝缘性、粘弹性以及纤维集合体结构的复杂性,所以深入研究纤维集合体的导电机理、传感机理、纤维集合体结构与传感性能的关系尤为重要。本论文以实现棉纤维（纤维素基材）导电为起点,结合现有纺织品规模化生产的技术条件,构筑了从纱线到织物各个层级的纤维集合体结构。对纤维集合体的导电机理、传感机理、纤维集合体结构与传感性能的关系、以及在静态和动态条件下的传感特性进行了系统地研究,并通过应用实例验证了研究结果。具体研究内容包括:1.纤维素/石墨烯复合材料的制备及其导电和界面性能研究:首先研究石墨烯分散性能,通过紫外光谱、拉曼光谱及透射电镜分析发现,当分散剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）含量为0.2wt%、超声时间为4-8小时可以形成稳定的石墨烯分散溶液（浓度为0.76 mg/m L）。在此基础上通过简单的溶剂浇铸和热压工序制备成纤维素/石墨烯复合材料,然后通过扫描电镜、红外光谱、X射线衍射法对复合材料的界面性能分析发现,由于PVP的辅助交联作用石墨烯与纤维素基材形成较强的界面结合力。最后引入逾渗理论研究复合材料的导电机理发现当复合材料中石墨烯添加量达到逾渗阈值（2.1wt%）时其表面电导率可达到0.40 S/cm。2.导电棉纱的制备及其导电机理和电力学性能研究:首先采用具备浸渍热压特征的单纱浆纱工艺制备导电棉纱,按照正交法优化后的浆纱方案可制成具有良好的界面性能和导电性能的棉纱（14s纱线0.45 S/cm）。然后根据短纤纱的结构特点建立短纤纱导电模型,引入概率论研究了棉纱的导电机理,发现棉纱的电导率不但与纤维自身的电导率有关,而且与纱线中纤维的连接概率有着密切的关系,由此推导出棉纱的电阻计算公式并通过实验验证了其合理性。最后通过拉伸实验分析棉纱电力学性能发现,由于棉纱中的纤维非连续分布以及纤维自身的粘弹性特征,导电棉纱存在应变范围小（<4.1%）、响应时间长（300 ms）,重复性差的缺点（>17.8%）。因此短纤纱不是理想的应变传感器结构,必须加工成织物结构并利用织物的结构应变实现传感。3.织物结构应变传感器构筑及其导电机理、传感机理与传感性能研究:首先将导电棉纱分别加工成机织物（平纹和斜纹织带）和针织物（1х1罗纹）,然后引入Peirce经典的织物几何结构模型对其导电和传感机理研究发现,影响机织物和针织物的等效电阻主要因素是纱线彼此交织点的接触电阻,而接触电阻与纱线的交织角符合拟合方程₍（8）=2.78×e^cos2;织物实现应变传感主要通过结构应变时交织角变化所引起的电阻变化。最后通过对机织物和针织物结构应变传感器的静态传感特性研究发现机织物具有小应变高灵敏度的特征（GF>10）,而针织物具有大应变低灵敏度的特征（GF<1）,但机织物的线性度、迟滞性、重复性传感指标都不如针织物。对其动态传感性能研究发现当以跃迁,斜坡,正弦三种动态应变输入时,在低频模式下针织物频幅,相频,阻尼系数指标都好于机织物,而高频条件下机织物具有更短的响应时间（184 ms）。说明机织物结构适合对小应变,高灵敏度要求的高频应变信号进行传感;而针织物适合对大应变,低灵敏度要求的低频应变信号进行传感。4.织物结构应变传感器的应用研究:分别构筑机织物结构的应变传感器对呼吸进行监测和针织物结构的应变传感器对肢体动作进行识别,其实测结果与理论结论基本符合,进一步证实了利用纤维集合体结构构筑应变传感器的可行性。综上,本论文从纤维、纱线、织物三个结构层级系统地探讨了基于纤维集合体应变传感器的构筑方法,并深入研究了其导电、传感机理及其传感性能。不但其构筑方法可实现规模化生产,而且从理论层面建立了纤维集合体结构与传感性能的关系,真正意义上实现了纤维集合体的结构优势与应变传感器的传感性能融合为一。因此本论文的研究结论对基于纤维集合体结构的应变传感器的开发应用以及未来可穿戴“电子纺织品”的发展提供了新的思路。