2.1 CFPU 的结构表征及形貌观察
    2.1.1 FPU 的结构表征：为了验证氟单体是否成功 引入到聚氨酯基体，FPU 是否反应完全，对 FPU 的 原料及产物进行 FT-IR 分析。红外谱图如 Fig.3 所 示，原料 FE-OH 在 875 cm-1 ，1125 cm-1 及 3300 cm-1 左 右出现—CF2—，—CF3和—OH 的特征峰；PTMEG3600 m-1 左右出现—OH 特征峰；IPDI 在 2270 cm-1 处 出现其—NCO 特征峰；扩链剂 CM 在 3100 cm-1 ，650 cm-1 处分别出现其—NH3 及—S—S—的特征峰；封 端剂 4-MU 在 3300 cm-1 和 1620 cm-1 处分别出现了其 —OH 及苯环的特征峰。

    产物 FPU 在 2247 cm- 1 处的—NCO 特征吸收峰 完全消失，且在 3331 cm- 1 处出现了氨基甲酸酯中 N—H 键的特征吸收峰，1704 cm-1 处出现了氨基甲 酸酯上的羰基（—C=O）特征吸收峰，表明异佛尔酮 二异氰酸酯与多元醇反应完全，产物具有聚氨酯的 典型特征结构。同时，产物在 1224 cm-1 和 821 cm-1 处分别出现了—CF2—和—CF3特征吸收峰，表明氟 被成功引入到聚氨酯体系中，FPU 成功制备。

    2.1.2 PPY/CNTs 的结构表征：为了表征 PPY/CNTs 的结构，对产物及原料羟基化 CNTs 的红外谱图进 行对比。Fig.4 为羟基化 CNTs 和 PPY/CNTs 的红外 光谱图。由二者的红外光谱图对比可知，产物 PPY/ CNTs 在 943 cm-1 处出现了很强的=CH—面内弯曲振 动峰，1076 cm-1 处出现了很强的 N—H 弯曲振动峰， 1275 cm-1 为 C—N 的伸缩振动峰，1425 cm-1 为吡咯环 对称伸缩振动峰，上述 4 处特征峰为聚吡咯的典型 伸缩振动峰，与其他文献所报道的聚吡咯特征峰基 本一致。由此可以证明 PPY/CNTs 的成功制备。红外光谱中聚吡咯特征峰的出现已经初步说明了 PPY/CNTs 的成功制备，为了进一步对其结构进 行表征，本文对产物进行了拉曼光谱分析。Fig.5 为 羟基化 CNTs 和 PPY/CNTs 的拉曼光谱图。由拉曼光 谱图可知，原料羟基化 CNTs 与产物 PPY/CNTs 均在 1570 cm-1 处出现了 G 峰，对应高有序性和高对称性 单晶石墨引起的剪切变形特征峰，1340 cm-1 处出现 的 D 峰对应无定形石墨引起的剪切变形特征峰。产物 PPY/CNTs 在 1566 cm-1 处出现了吡咯环的 C=C 特征峰，1315 cm- 1 处出现吡咯环的 C—C 特征峰， 1040 cm-1 为吡咯环的 C—H 特征峰，986 cm-1 处出现 了吡咯环的特征峰。拉曼光谱结果进一步证明了 PPY-CNTs 的成功制备。

    2.1.3 PPY/CNTs 的形貌：由红外光谱和拉曼光谱结 果已说明 PPY/CNTs 的成功合成，为了进一步观察 PPY/CNTs 的 表 观 形 貌 ，对 其 进 行 扫 描 电 镜 测 试, Fig.6(a)和 Fig.6(b)为 PPY 修饰前后羟基化 CNTs 的扫 描电镜图。由图中对比可以明显观察到，PPY 修饰 后的羟基化的 CNTs 表面包裹着大量絮状物，形成 了 PPY/CNTs 特殊的“ 表面絮型柱状” 结构，进一步 说明了 PPY/CNTs 的成功合成。
2.2 CFPU 的疏水性能
    普通聚氨酯材料疏水性能较差，引入氟之后， 由于氟的原子半径极小，电负性极大，相邻氟原子 相互排斥，将使得 FPU 疏水性能增强。本文将疏水 FPU 与 PPY/CNTs 进 行 混 合 制 备 了 导 电 弹 性 体CFPU，为了测试 CFPU 中 PPY/CNTs 的含量对 CFPU 疏 水 性 的 影 响 ，对 CFPU 进 行 了 水 接 触 角 测 试 。Fig.7 为加入不同含量 PPY/CNTs 的 CFPU 的接触角 测试图。由 Fig.7 可知，随着 PPY/CNTs 含量的增多， CFPU 的 接 触 角 随 之 增 大 。水 接 触 角 从 86° （CFPU0）增大到 120°（CFPU3），展现了较强的疏 水性。

    自然界中荷叶表现出“ 永不湿润” 或“ 极度干 燥” 的特性。在不湿润的情况下，水可以在叶子的 外表面自由滚动，水滴表现出近乎球形，这是由于 荷叶表面微纳米级别的茸毛和微小的蜡质颗粒形 成的突起将水珠托起，使水珠仍然保持球体。与荷 叶类似，CNTs 也具有纳米空间骨架，纳米尺寸突起 结构能增加其表面粗糙度。因此，当 CFPU 中 PPY/ CNTs 含量增加时，材料的疏水性显著增强。
2.3 CFPU 的力学性能
    FPU 由于含氟多元醇软段 FE-OH 的加入，进一 步增强了材料的韧性及延展性。为了研究光热转 换导电助剂 PPY/CNTs 的添加量对 CFPU 力学性能 的影响，将 CFPU 用裁刀制成哑铃型标准样条（长20 mm×宽 4 mm），用万能拉伸试验机对其进行力 学性能测试。测试结果如 Fig.8(a)所示，CFPU0 拉伸 强度较低，断裂伸长率极大，具有优良的延展性，当 添加导电粉 PPY/CNTs 后，随着 PPY/CNTs 含量的增 加，拉伸强度及弹性模量先增大后减小，当 PPY/ CNTs 添加量为 25%时，CFPU 中 CNTs 含量适中，可 形成导电网络结构，该网络具有一定的强度和韧 性，因此其拉伸强度及弹性模量较大。PPY/CNTs 添 加量超过 25%之后，由于添加过量，大量 CNTs 在复 合体系中充当刚性填料，使得 CFPU 脆性增大，韧性 降低，拉伸强度、弹性模量及断裂伸长率变小。材料的自修复测试一般分为划痕修复测试与全 切修复测试。本文通过全切修复前后 CFPU 的应 力-应变曲线及修复前后拉伸强度的比值对其全切 自修复性能进行对比。将试样在全切之后于 75 ℃ 使 其 接 触 至 修 复 完 全 ，如 Fig.8(a) 所 示 ，CFPU0-1， CFPU1-1，CFPU2-1 和 CFPU3-1 为全切修复后的试 样，原始样条及修复后样条的应力-应变曲线高度一 致，说明一系列试样的全切修复效果优异。同时， 如 Fig.8(b)自修复效率结果所示，一系列 CFPU 试样 全切修复在 75 ℃加热条件下均具有超过 85%的修 复效率，修复效果显著。
2.4 CFPU 的自修复性能
    在 FPU 基体中，因具有可逆含氟氢键、二硫键 及香豆素环，从而赋予了 FPU 优异的自修复性能。添加 PPY/CNTs 后，当 CFPU 发生反复磨损和意外切 割造成机械损伤时，体系中的二硫键在室温或加热 条件下将发生可逆反应，香豆素环在紫外光下将发 生可逆环加成反应，同时碳纳米管可以作为光热转 换剂使复合材料在其他波长光照下也具备自修复性，最终赋予了使 CFPU 具有光热双重条件下的自 修复功能，修复过程如 Fig.9 所示。

    为 了 验 证 CFPU 在 不 同 温 度（25 ℃ ，50 ℃ ， 75 ℃和 100 ℃）及不同光照条件（600 nm 红外光、 10 μm 可见光和 365 nm 紫外光）下的自修复性能， 制 备 了 一 系 列 不 同 PPY/CNTs 含 量 的 导 电 弹 性 体 CFPU，对 其 进 行 划 痕 修 复 测 试 。以 CFPU0 及 CFPU1 为例，在试样表面上用相同力度进行划痕， Fig.10 为 CFPU0 和 CFPU1 分别于 25 ℃，50 ℃，75 ℃ 和 100 ℃时表面划痕修复情况的光学显微镜图， Fig.11 为一系列试样在不同温度及光照条件下完全 修复所需时间柱状图。Fig.10 中，CFPU0 和 CFPU1 在 25 ℃修复 10 min 即可观察到划痕变浅现象，说明 室 温 下 CFPU 即 可 表 现 出 修 复 行 为 ；在 75 ℃ 和 100 ℃时修复 10 min 试样划痕明显变浅。这归因于 CFPU 结构中二硫键的可逆环加成反应和氢键的协 同修复作用。为了研究 CFPU 在光照条件下的划痕修复过 程，对不同 PPY/CNTs 含量的 CFPU0 和 CFPU1 在修 复前后分别进行了 3D 轮廓仪的测试，对其在可见 光 照 射 条 件 下 的 划 痕 深 度 修 复 程 度 进 行 评 估 。Fig.11(a)和 Fig.11(b)分别为 CFPU0 在 600 nm 波长的 可见光照射 80 min 前后的 3D 轮廓仪图，Fig.11(c)和 Fig.11(d)分别为 CFPU1 在上述条件下修复前后的 3D 轮廓仪图。可知 CFPU 在可见光照射下划痕深 度都呈现变浅的现象，说明 CFPU 在可见光照射下 可实现自修复功能。这归因于 CFPU 结构中 PPY/ CNTs 的光热效应，以及香豆素环在较低波段光照条 件下的可逆环加成反应的协同作用。此外，Fig.12 (b)中 CFPU0-4 在可见光和红外照射下的自修复时 间呈现出逐渐缩短的规律，归因于产物中可发生光 热效应的 PPY/CNTs 含量逐渐升高；在紫外光照射 下的自修复时间呈现出逐渐延长的规律，归因于产 物中可发生光环化反应的香豆素相对含量逐渐减 小所致。

2.5 CFPU 的导电性及响应性
    适量添加量的 PPY/CNTs 改性 FPU 制备的导电 弹性体 CFPU 具有优良的自修复性、疏水性、力学性 能等，考虑到其未来在智能穿戴、电子皮肤等电子 方面的应用，需要 CFPU 在拥有以上优良性能的同 时具备良好导电性。因此使用数字万用表对一系 列 CFPU 进行了导电性测试，通过电阻值的大小判 断材料的导电性。测试结果如 Tab.2 所示，由表可 知，当 PPY/CNTs 添加量为 25%时，CFPU1 可以响应 电信号，电阻值为 7.9 MΩ，由于 25%碳纳米管已足 够形成导电通路，随着 PPY/CNTs 含量的增加，导电 性能提升不大。考虑到 CFPU1 具有优良的导电性、疏水性能、 热稳定性、力学性能及自修复性能等，对其进行了 物理及化学环境的响应性测试。采用电化学工作 站中的计时电流法对 CFPU1 进行电阻测试。将试 样用裁刀剪切成长方形样条（长 16 mm×宽 9 mm）， 将 样 条 两 端 用 导 电 胶 带 固 定 在 铜 片 上 ，制 备 “ 电 桥” 。将其分别浸泡在酸（0.1 mol/L HCl）、碱（0.1 mol/L NaOH）、氧 化 剂（0.1 mol/L FeCl3）、还 原 剂 （0.1 mol/L Na2S2O3）溶液中，通过电化学工作站测 得ΔR/R0随时间的变化。由 Fig.13 可知，浸泡时间在 2×103 s 内 ，不 同 化 学 溶 液 的 响 应 值 存 在 明 显 差 异。CFPU1 在 0.1 mo/L HCl 中的ΔR/R0 范围为 0.29~ 0.41，在 0.1 mol/L NaOH 中 的 ΔR/R0 范 围 为 0.56~ 0.91，在 0.1 mol/L FeCl3 中的ΔR/R0 范围为 0.13~0.44，在 0.1 mol/L Na2S2O3中的ΔR/R0范围为 0.34~0.48。可 见在不同的化学环境中，CFPU1 的ΔR/R0范围不同， 说明 CFPU1 对化学环境具备良好的响应性。此外，CFPU 还具有热迁移性。为了验证材料 对温度的响应性，将试样用裁刀制成长方形样条 （长 30 mm×宽 20 mm）置于加热台上，设定温度量 程为 30 ℃到 42 ℃，间隔为 1 ℃，当加热台达到预设 温度后，恒温 2 min 后用数字万用表测量试样两端 的电阻值，计算得到电阻率（ΔR/R0）。由 Fig.14 可 得，随温度的上升，电阻率先增加后趋于稳定。当 温度升高后，原来紧密堆积在聚氨酯基体上的 PPY/ CNTs 粉末变得疏松，接触点减少，从而导致电阻值 逐渐增大。

    传感器材料应用于人体传感时，其对应变的响 应性必不可少。为了验证 CFPU 对应变的响应，将 CFPU1 用 裁 刀 制 成 长 方 形 样 条（长 20 mm× 宽 4 mm），当其应变在 20%~300%之间时，用数字万用表 测量试样固定距离之间的电阻，计算得到电阻变化 率。测试结果如 Fig.15 所示，随应变的增加，CFPU1 整体被拉伸，PPY/CNTs 接触点大幅减少，材料电阻 率升高。