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蜘蛛丝由于具有良好的均匀性、超强的力学性能、可拉伸性、环境耐受性和对各种刺激的机械感应等综合性能，是最理想的高性能应用材料。这些优异的性能不仅得益于蜘蛛丝特殊的纳米结构，也与蜘蛛独特的拉伸纺丝方式有关。受蜘蛛拉伸纺丝工艺的启发，人们已经制备出了几种坚韧且可拉伸的水凝胶基微纤维。但是这些微纤维都难以同时实现高拉伸、刺激响应、环境耐受性(特别是抗冻性和保水性)以及水凝胶微纤维的有序排列。
为解决上述问题，我们提出了一种改进的拉伸纺丝方式，并且利用该方法制备出一种均匀、可拉伸、力学性能可调、抗冻和保水的多功能智能水凝胶微纤维及其规整网格。主要研究过程和结论如下所示：
(1)通过一系列的尝试得到最优的P(AAm-co-AA)水凝胶微纤维的纺丝溶液。我们先研究了甘油对溶液纺丝性能的影响，结果发现不加甘油时纺丝溶液完全失去纺丝性。接着为了提高水凝胶微纤维的力学性能，我们向溶液中添加了不同的金属离子。研究结果表明三价金属离子使纺丝溶液完全失去纺丝性，而二价金属离子可以保留溶液的纺丝性。但是二价金属离子交联的水凝胶微纤维力学性能均较差。因此为了平衡溶液的纺丝性和水凝胶微纤维的力学性能，我们向溶液中引入了FeCl2/柠檬酸复合体系，并研究甘油、P(AAm-co-AA)、柠檬酸、FeCl2的含量对溶液的纺丝性能和水凝胶微纤维的氧化还原速率以及力学性能的影响，从而得到最佳的纺丝溶液，为后续水凝胶微纤维的制备提供了原料。
(2)对水凝胶微纤维的拉伸纺丝方法进行改进并对该方法制备的水凝胶微纤维的结构、力学性能和刺激响应分别进行探究。我们先利用拉伸纺丝方法制备出排列均匀并能承受一定质量的水凝胶微纤维网。研究发现水凝胶微纤维具有非常均匀的结构和良好的取向性。拉伸纺丝还能通过改变注射器的挤出速度和纤维收集器的转速调节水凝胶微纤维的直径(30-120μm)。接着，我们对水凝胶微纤维的力学性能进行了研究，研究结果表明该纤维具有较好的力学性能，断裂应力为1.2MPa左右，应变可达500%，而且在循环拉伸过程中体现出良好的能量耗散和自恢复能力。该纤维还具有良好的抗冻性，结晶温度为-61℃，因此在-40℃依然保留弹性。紫外光和环境湿度均能调节水凝胶微纤维的力学性能。此外，我们研究了水凝胶微纤维的离子传导性，结果表明该纤维对环境湿度和紫外光均具有灵敏的刺激响应。水凝胶微纤维还能作为具有良好重复性的应变传感器。
本论文不仅为水凝胶微纤维提供了一种节能环保的仿生纺丝方法，而且为多功能水凝胶微纤维的设计提供了新的思路。
为解决上述问题，我们提出了一种改进的拉伸纺丝方式，并且利用该方法制备出一种均匀、可拉伸、力学性能可调、抗冻和保水的多功能智能水凝胶微纤维及其规整网格。主要研究过程和结论如下所示：
(1)通过一系列的尝试得到最优的P(AAm-co-AA)水凝胶微纤维的纺丝溶液。我们先研究了甘油对溶液纺丝性能的影响，结果发现不加甘油时纺丝溶液完全失去纺丝性。接着为了提高水凝胶微纤维的力学性能，我们向溶液中添加了不同的金属离子。研究结果表明三价金属离子使纺丝溶液完全失去纺丝性，而二价金属离子可以保留溶液的纺丝性。但是二价金属离子交联的水凝胶微纤维力学性能均较差。因此为了平衡溶液的纺丝性和水凝胶微纤维的力学性能，我们向溶液中引入了FeCl2/柠檬酸复合体系，并研究甘油、P(AAm-co-AA)、柠檬酸、FeCl2的含量对溶液的纺丝性能和水凝胶微纤维的氧化还原速率以及力学性能的影响，从而得到最佳的纺丝溶液，为后续水凝胶微纤维的制备提供了原料。
(2)对水凝胶微纤维的拉伸纺丝方法进行改进并对该方法制备的水凝胶微纤维的结构、力学性能和刺激响应分别进行探究。我们先利用拉伸纺丝方法制备出排列均匀并能承受一定质量的水凝胶微纤维网。研究发现水凝胶微纤维具有非常均匀的结构和良好的取向性。拉伸纺丝还能通过改变注射器的挤出速度和纤维收集器的转速调节水凝胶微纤维的直径(30-120μm)。接着，我们对水凝胶微纤维的力学性能进行了研究，研究结果表明该纤维具有较好的力学性能，断裂应力为1.2MPa左右，应变可达500%，而且在循环拉伸过程中体现出良好的能量耗散和自恢复能力。该纤维还具有良好的抗冻性，结晶温度为-61℃，因此在-40℃依然保留弹性。紫外光和环境湿度均能调节水凝胶微纤维的力学性能。此外，我们研究了水凝胶微纤维的离子传导性，结果表明该纤维对环境湿度和紫外光均具有灵敏的刺激响应。水凝胶微纤维还能作为具有良好重复性的应变传感器。
本论文不仅为水凝胶微纤维提供了一种节能环保的仿生纺丝方法，而且为多功能水凝胶微纤维的设计提供了新的思路。