作为一类由3D网络构成的“软湿”材料,水凝胶被广泛应用于多种领域,如农业抗旱、药物载体、组织工程等。然而,在一些需要伸展、扭转、抗冲击的应用领域,如可穿戴式传感器、肌肉仿生等,往往需要水凝胶具备各种力学性能,包括强度、刚度、韧性和延展性。传统的水凝胶由于较弱的力学性能而受到了限制。双网络(Double network,DN)水凝胶由两种性质不同的非对称性网络结构构成,具有极高的刚度和韧性,其中作为牺牲键的刚性网络可以有效地耗散能量,而柔性网络在变形过程中能够保持水凝胶的完整性。目前,DN水凝胶的研究仍然面临一些挑战,如在遭受外力时,DN水凝胶不能够快速恢复;多数DN水凝胶缺乏自修复性能等。针对上述问题,本学位论文开展了以下工作:1.将聚吡咯(PPy)通过迈克尔加成反应接枝到明胶(Gelatin)分子链上,制备了一种在水中具有良好稳定性的明胶-聚吡咯(G-PPy)聚合物,将其作为水凝胶的第一网络;然后引入聚丙烯酰胺(PAAm)作为水凝胶的第二网络,成功地制备了G-PPy/PAAm DN水凝胶。在此基础上,将单宁酸(TA)引入G-PPy/PAAm水凝胶中,得到了高强韧的G-PPy/PAAm-TA DN水凝胶。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了高聚物的结构特征;通过动态光散射(DLS)测定了聚合物的粒径大小;通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察了聚合物和水凝胶的表面和内部形貌;采用宏观观察法观察了聚合物在水中的稳定性,并考察了水凝胶形状记忆性能和导电性能;使用电子万能拉伸试验机和流变仪测试了水凝胶的机械性能;通过电导率仪考察了水凝胶的电导率;利用电化学工作站考察了水凝胶在拉伸过程中的阻抗变化。实验结果表明,制备的G-PPy/PAAm-TA DN水凝胶具有优异的机械性能。此外,当水凝胶遭受大幅度变形时,经过一定的热刺激能够迅速恢复到原来的形状。水凝胶还具有良好的电导率,并表现出了应变敏感性。这些优异的性能使得G-PPy/PAAm-TA水凝胶在构建可穿戴式应变传感器领域具有良好的应用前景。2.受肌肉结构的启发,利用聚乙烯醇(PVA)和聚(N-羟甲基丙烯酰胺)(PNMA)制备了一种基于非共价键的双网络水凝胶。其中,我们利用PVA冷冻/解冻产生的微晶结构来模拟折叠的肌联蛋白免疫球蛋白结构域和利用无规卷曲状的PNMA链模拟肌联蛋白非结构化序列。通过X射线衍射(XRD)和FTIR表征了水凝胶的结构;通过偏光显微镜考察了水凝胶的各向异性性能;使用电子万能拉伸试验机和流变仪测试了水凝胶的机械性能;利用重量法测定了水凝胶溶胀后的水含量;利用电子万能拉伸试验机和宏观观察法评估了水凝胶的自修复性能。最后,我们提出了该肌肉仿生肌肉水凝胶在循环应力下表现出优异的抗疲劳性能的机理。实验结果表明,我们制备的非共价肌肉水凝胶不仅具备高的机械强度,还表现出良好的自恢复性能、自修复性能以及优异的抗疲劳性能。在连续拉伸过程中,水凝胶的韧性得以维持甚至改善,这是由于应变诱导取向使得水凝胶机械性能提高。该水凝胶研究结果为未来肌肉仿生水凝胶的开发提供了新的思路。