【摘 要】
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水凝胶是一种具有三维网络结构的软体材料,具有较高的含水量。因其交联方式和结构的不同,水凝胶材料能够表现出不同的性能,从而被广泛应用于生物医学、智能传感、能量储能、柔性驱动、荧光显示和涂层改性等方面。为了满足水凝胶材料在生产生活方面的快速功能化应用,本课题基于水凝胶材料的网络结构设计,围绕水凝胶的性能优化和应用探索具体开展了以下研究工作:（1）设计了一种基于荧光发射可调的嘧啶类分子（PPBEN）的单
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水凝胶是一种具有三维网络结构的软体材料,具有较高的含水量。因其交联方式和结构的不同,水凝胶材料能够表现出不同的性能,从而被广泛应用于生物医学、智能传感、能量储能、柔性驱动、荧光显示和涂层改性等方面。为了满足水凝胶材料在生产生活方面的快速功能化应用,本课题基于水凝胶材料的网络结构设计,围绕水凝胶的性能优化和应用探索具体开展了以下研究工作:（1）设计了一种基于荧光发射可调的嘧啶类分子（PPBEN）的单分子白光水凝胶。在制备的F127-PPBEN水凝胶中,PPBEN的质子化和去质子化比例可以通过H+和温度精细调节,使水凝胶荧光实现蓝光-黄光之间的转变。并且,蓝光与黄光的适当比例可以实现体系的单分子白光发射。基于这些独特的光学性质,我们使用该F127-PPBEN水凝胶作为颜色转换器来制备可控制发射的LED器件,发光颜色可以通过外加控制电压来控制。（2）设计了一种基于水凝胶传感器功能和电解质功能联合应用的水凝胶自供电应变传感器。基底材料明胶水凝胶是通过明胶和单宁酸以适当比例混合制备而成,交联方式为氢键交联和疏水作用交联。该水凝胶具有很好的柔性和导电性,可用来制备传感器和原电池。基于该水凝胶,我们构建了自供电应变传感器。通过将化学能转换为电能,自供电应变传感器在没有外部电源的情况下将压力刺激或拉伸刺激转换为电压信号,实现主动式信号输出。自愈测试和循环测试证明了这种应变传感器的耐久性和可靠性。（3）提出了一种基于水合差异导致的空间约束来制备聚合物水凝胶的新策略。实验和理论计算结果表明,Ca2+或Cl-离子与PAM（聚丙烯酰胺）链之间的水合性差异是导致空间约束的关键驱动。该水凝胶表现良好的弹性（伸长率可达1650%）和较低的滞后性（1000%应变下的耗散能量＜0.13%）。同时,该水凝胶还显示出优异的抗疲劳性和良好的保水性、抗冻性,以及水辅助的自愈合性能,在柔性传感器和仿生学领域表现出良好的应用前景。（4）设计了一种具有超高韧性和优异保水性能的PAM3-PAA3-Ca10.5水凝胶。通过调整进料比,该水凝胶表现出了广泛可调的优良机械性能,如抗拉强度、伸长率和韧性。PAM3-PAA3-Ca10.5具有最高的拉伸强度和韧性,同时具有优异的抗干燥能力。此外,水凝胶具有优异的分解能力,可以在水和潮湿土壤中吸收水分进而分解,从降低环境压力。（5）设计合成了一种结晶度可控的Cu纳米粒子和具有光热性能的Cu-PVA水凝胶。制备过程中,发现H+、Cl-和PAM对铜纳米粒子尺寸、形貌和结晶度会造成影响。获得的Cu纳米粒子可以均匀地复合在聚乙烯醇水凝胶中,形成Cu-PVA水凝胶。由于Cu纳米粒子的掺入,Cu-PVA水凝胶在激光照射时表现出高达23.9%的光热转换效率。连续循环试验证实了 Cu-PVA水凝胶的光热性能稳定性。
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