水凝胶是由交联聚合物链组成的三维网络,形成的高含水量的软材料。在过去的几年里,具有可调化学、物理和生物特性的功能性水凝胶的开发取得了重大进展,适用于各种应用,包括组织工程,受控给药系统,传感器和致动器,软电子学等。然而,传统的水凝胶在承受机械力的作用下,往往具有较差的力学性能,容易变形或损坏。损伤的累积会影响水凝胶的完整性,导致功能的丧失,从而限制水凝胶的使用寿命。因此,希望开发具有自修复能力的机械强度高的水凝胶,这样不仅可以延长材料的使用寿命,还可以通过避免裂缝或损坏的积累,提高水凝胶在某些应用中的耐久性和可靠性。其中构建双网络的方法可以合成出具有优异力学性能的坚韧水凝胶,基于以上背景,本文设计合成了三种增韧的自修复水凝胶并研究其力学性能和在脱盐、传感中的应用。(1)采用一锅法和简单的冷冻-解冻法将木聚糖与聚乙烯醇/硼砂溶液共混制备了高强度可拉伸双网络自修复水凝胶(xylan/PVA/B DN水凝胶),由双重物理交联网络和动态化学网络构成,动态硼酸酯键赋予水凝胶自修复性能,木聚糖网络增强其机械性能与自修复性能,含木聚糖3 wt%的水凝胶展现出最佳的机械性能,拉伸强度为81.35 k Pa,断裂伸长率为984.16%,抗压强度为164 k Pa,自修复率为85.8%,此外,水凝胶具有出色的抗疲劳性能和自恢复性能,可在25～100℃保持凝胶特性,并在80～100℃具有更高的可塑性。(2)采用一锅法将MXene纳米片复合到聚乙烯醇/硼砂溶液中,制备了具有高拉伸强度和优异自修复性能的导电水凝胶(MNH),水凝胶的拉伸应力为84 k Pa,断裂伸长率为195%,自修复10 s的自愈效率高达92%,水凝胶优异的力学性能有利于电极维持在微观和宏观尺度上的稳定性。将水凝胶压制成膜,表现出良好的电容性能,通过GCD曲线计算出在1A/g的电流密度下比电容为5.5 m Ah/g,并将其作为CDI工作中的阴极材料,具有出色的脱盐性能,电流密度为10 m A/g时,脱盐容量高达51 mg/g,随着电压窗口的增加,脱盐容量成上升趋势,这种自愈设计首次应用于CDI应用中,为自修复水凝胶拓宽了应用。(3)采用一锅法将木聚糖和MXene纳米片集成到聚乙烯醇/硼砂水凝胶中,制备了具有高拉伸强度和优异自修复性能的导电水凝胶(MDN),表现出优异的力学特性,拉伸强度为122 k Pa,断裂伸长率高达236%,30 s自修复性能高达92.3%,此外,表现出一定的粘附性能,可粘附塑料、橡胶、玻璃和金属等物体。将水凝胶作为应变传感器,具有宽的应变检测范围(0.3%～120%),较高的拉伸灵敏度(GF=0.69),快速响应性(响应时间0.3s,释放时间0.5 s),优异的耐久性(1000次循环电阻变化恒定)可以检测人体微小的动作信号(眨眼)和较大的动作信号(手指、膝盖弯曲等)。