分子凝胶和动态共价键凝胶作为两类特殊的软物质材料,因其三维网络结构是由动态且可逆的非共价键或动态共价键所构建而备受人们的关注。分子凝胶中所使用的非共价键相互作用力包括π-π堆积、氢键、金属-配体配位、主客体络合作用等。而用于构建动态共价键凝胶的作用力包含亚胺键、酰腙键、硼酯键、二硫键等。这些形成凝胶网络结构的非共价键或动态共价键的动态且可逆的本质赋予了此类凝胶能够响应某些物理或化学刺激(例如温度、电场、磁场、溶剂组分、光强度、压力、剪切力、pH、离子、特殊化学成分等),而发生显著的凝胶-溶胶相转变或体积相转变。因此,此类凝胶研究意义重大。杯芳烃作为超分子化学领域的第三代大环化合物,因其易于改性、构象易变和独特的分子或离子识别能力,在传感和分析领域得到了广泛应用。然而,基于杯芳烃分子凝胶的报道却并不多,甚至在动态共价键凝胶中还没有关于杯芳烃及其衍生物的研究工作。为了扩大杯芳烃凝胶的应用领域,很有必要开发和创制其新的分子凝胶和动态共价键凝胶。基于对动态共价键凝胶和杯芳烃分子凝胶的文献调研,立足于本实验室近年来在分子凝胶和凝胶乳液方面的研究工作,本学位论文使用杯[4]芳烃衍生物设计、制备了小分子胶凝剂和用于创制动态共价键凝胶的构筑片段。获得了具有高力学强度及灵敏的剪切触变性的分子凝胶和新颖的油包水型凝胶乳液。创制了兼具自愈合能力、pH/温度刺激响应性以及耐切割、抗压缩、能拉伸等力学性能的动态共价键凝胶。本学位论文的研究工作主要包括以下两个部分:在第一部分工作中,合成了杯[4]芳烃单羧基、二羧基和四羧基衍生物CMA、CDA和CTA。考察了这三种化合物在常见有机溶剂、硅烷化试剂和可聚合单体液体中的胶凝行为。结果发现杯[4]芳烃下缘修饰的羧基个数越多,其胶凝能力越强。在所创制的凝胶中,尤其是浓度为6.0%(w/v)的CTA/三甲氧基苯基硅烷(PTMS)凝胶,展现了超高的力学强度,其储能模量(G’)高于1.9× 106Pa,且屈服应力值超过了 3600 Pa。而且CTA/PTMS凝胶不仅有热可逆的相转变性质,而且在室温下具有灵敏且可逆的剪切触变性。此外,该凝胶还可用作注射成型、无熔融沉积成型和制备荧光传感薄膜的基质。由该凝胶形成的模型还可以通过PTMS进一步的水解和缩合反应而变成永久结构。因此,这种使用硅烷化试剂作为液相的分子凝胶有望用作3D打印材料和功能导向固体基质的前体。进一步的研究还发现,可聚合单体和水的混合物可因化合物CTA的引入而高效乳化并胶凝,所形成的凝胶乳液可用于多孔块材的模板控制合成。初步测试表明,这些块材可用于对水体中的重金属离子Cr(Ⅲ)和有机污染物苯的吸附去除。而且块材可经简单的洗涤和干燥实现重复使用,在净水处理中具有潜在的应用价值。在第二部分工作中,根据第一部分工作,发现拥有四个功能基团的杯[4]芳烃衍生物更有利于凝胶网络结构的形成。然而,构成自组装网络结构的非共价键内在的弱相互作用使得分子凝胶稳定性差、力学性能单一。动态共价键结合了其特殊的可逆性和共价键键能大的特点,能够形成对外部刺激响应和力学性能稳定的杯[4]芳烃凝胶。于是,我们设计并合成了带有四个酰肼基的杯[4]芳烃衍生物CTH,并将其作为交联结点,五种不同分子量的以苯甲醛基封端的线性聚乙二醇PEG-CHOs作为长臂交联剂,通过酰肼基与醛基间的Schiff碱反应用于动态酰腙键凝胶的制备。实验中考察了 CTH和五种不同分子量的PEG-CHOs(摩尔比nCTH:nPEG-CHOs=1:2)在乙醇/水=3/1(v/v)的混合溶剂中的胶凝行为,结果发现构成凝胶网络的交联结点CTH的浓度越大,越有利于凝胶的形成。并用光学微流变手段对CTH与不同分子量的PEG-CHOs所组成的凝胶体系在动态交联过程中体系内部的粘弹性变化进行了跟踪。压缩测试表明由CTH和PEG4208(Mn～4208)制备的凝胶G4208(30%,w/v)表现出了优异的抗压缩性能,其抗压强度高达6.41 MPa,相应的破裂应变为88.21%。对冷冻干燥的G4208进行SEM观测的结果显示其内部结构为高度互连且均匀的多孔网络状结构。FTIR测量表明此网络结构是通过酰腙键的形成而构建的。此外,动态酰腙键的形成和断裂可因pH或温度改变引发凝胶G4208可逆的凝胶-溶胶相转变,这种动态性质也赋予了该凝胶自愈合的能力。G4208由常温干燥得到的收缩干凝胶经水溶胀后可得到水凝胶HG4208。有趣的是,HG4208中的酰腙键的动态性质可因苯胺导入凝胶后激活,实现水凝胶的自愈合。考虑到此类基于杯[4]芳烃的新颖的动态共价键凝胶丰富的性能,有望在药物输送、组织工程、电子皮肤、柔性储能器件和可伸缩储能器件等领域获得应用。