水凝胶是一种软物质,由三维网络组成的亲水性聚合物材料。由于它可以吸收大量水并且具有较好的机械强度及生物相容性,其在生物医药、组织工程及药物传送等方面显示出具大的应用潜力。但是,大部分水凝胶采用化石基聚合物合成,且在溶胀状态下具有较高的脆性和较低的延展性。因此,利用天然高分子制备环境友好且具有优良机械强度的水凝胶具有重要的研究意义。本论文以天然多糖纤维素为原料,制备了化学交联及增强型水凝胶材料,采用多种分析手段对凝胶材料物化性能进行了表征,并对交联和增强机理进行了分析,研究对新型水凝胶的合成及利用具有重要的借鉴意义。创建了“一步法”纤维素基化学交联水凝胶的合成方法。以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐为纤维素溶剂,二氯乙酰氯（Cl Ac Cl₂）为改性试剂及交联剂,成功一步法合成了纤维素基化学交联水凝胶。该水凝胶具有优异的吸水性能,其润胀率可以达到912%,是对照凝胶样品的57倍。X射线衍射及热重结果表明,凝胶中的纤维素呈纤维素II结构,且其热稳定性有所下降。对纤维素基水凝胶合成机理初步推测,二氯乙酰氯作为酰化试剂,同时也充当交联剂的作用,一端与纤维素上的羟基发生酰化反应,另一端与纤维素上的羟基形成化学键或者氢键,实现纤维素大分子的化学交联。以纳米纤维素气凝胶为增强骨架,构建了一种新型高强度水凝胶的制备策略。将具有多孔网络的纳米纤维素气凝胶引入到聚丙烯酰胺基体中,成功制备了机械性能好、恢复能力强的二元复合水凝胶。随着纳米纤维素含量的增加,水凝胶的润涨率有所下降,但硬度和弹性模量均增大,达到对照样的5倍以上。同时,凝胶的抗张强度及断裂伸长率达到了181k Pa和1392%,分别是对照样的6.7和3.3倍。增强机理研究表明,通过化学交联的弹性聚丙烯酰胺网络可以防止凝胶的永久性塑性变形,而由纳米纤维素骨架产生的氢键可作为动态和可逆的牺牲键,纳米纤维素骨架的层次结构和弹性共价键与动态牺牲氢键的协同作用共同促进了非共面裂纹的扩展和能量的有效耗散。因此,以纳米纤维素气凝胶为骨架策略是制备具有优异机械性能纤维素基水凝胶的有效途径。