近年来,通过对自然界中具有优异结构黏附性能（如地形适应性、可逆黏附性能和可重用性等）的生物黏附器官的模仿,仿生结构黏附材料的研究发展迅速。而且,随着科技发展和应用需求的增加,人们对于仿生结构黏附材料的黏附性能提出了更高的要求,制备具有优异功能性的仿生智能结构黏附材料成为本领域研究的热点。目前,这类结构黏附材料还存在诸如材料来源受限、黏附过程的形变易导致材料疲劳以及具有较弱的曲面黏附性能等问题,因而限制了材料的发展。改进现有仿生智能结构黏附材料,获得性能优异、具有应用潜力的新型仿生智能结构黏附材料成为本论文的研究方向。本论文从聚二甲基硅氧烷（PDMS）基仿生智能结构黏附材料的设计、制备和应用方面进行了探索,具体如下:PDMS和石墨烯/PDMS复合材料（GP）具有良好的功能性,可应用于新型仿生智能结构黏附材料的制备。但GP在受到外界刺激时往往伴随温度变化,影响材料性能。而仿生智能结构黏附材料自身材料性能,特别是弹性模量,对其使用过程中的黏附性能影响很大。因而,我们首先研究了PDMS和石墨烯/PDMS复合材料（GP）在使用过程中温度变化对其弹性模量的影响。研究结果证实,不论是PDMS还是GP,弹性模量随着温度变化均存在一个临界温度（Tc）。当环境温度低于Tc时,两者的弹性模量保持恒定,对温度不存在依赖性;而当温度超过Tc时,GP和PDMS的弹性模量均会随着温度升高而迅速增加。分子动力学模拟表明,材料临界温度的存在,与游离PDMS分子链和PDMS交联网络之间以及分子链和石墨烯之间的亲和力作用随温度变化有关。当材料温度超过临界温度,会导致PDMS表现出明显的熵弹性行为和发生进一步交联。通过对PDMS和GP模量温度依赖性的研究,利用GP的光热作用,调节PDMS微观的分子链构象,我们设计制备了一种无需发生宏观形变,即可获得原位（in-situ）可逆黏附性能的新型结构黏附垫BGPP。BGPP由GP支持层和PDMS微米柱状阵列组成。支持层中具有光热效应的石墨烯在紫外光辐照时产热,从而加热微米柱状阵列,导致PDMS分子链构象增加,提高分子链与接触基底之间的接触点数量,更多接触点的产生以及接触界面处PDMS分子链在剪切作用下的伸展排列,使得BGPP可以获得远高于其无辐照时的黏附性能。BGPP的这种可逆黏附性能,不依赖黏附垫与基底间接触面积的变化,且不需要黏附结构的宏观变形,为解决仿生智能结构黏附材料黏附过程反复形变问题提供了新思路。通过对PDMS溶剂溶胀特性和壁虎独特黏附/脱附运动机制的模仿,结合墨印技术,我们设计制备了一种可同时用于平面和球面黏附的,具有径向取向抹刀形末端的新型仿生智能结构黏附垫Sr。通过模仿壁虎的黏附机制,Sr在具有良好平面黏附性能的同时,较之具有单一取向抹刀末端（Ss）、T形末端（T-shape）和水平末端（Flat）的柱状黏附垫,获得了极大的球面黏附性能提升,其在曲率为63 m-1球面上可以获得2.2倍于T-shape,3.7倍于Ss的黏附力。而且,在外界微量化学刺激下,通过模仿壁虎脚趾的脱附机制,Sr又可以迅速从球面脱离。黏附垫的整个黏附/脱附过程完全可逆,在有水环境下也不会受到影响,表现出良好的黏附稳定性和可重用性。基于对仿生智能结构黏附材料的深入研究,将其引入软体机器人设计,利用其优异可逆黏附性能和地形适应性,我们获得了一种具有优秀全地形适应性和高负载能力的新型有足软体机器人（Geca-Robot）。这种软体机器人受到壁虎脚刚毛结构和尺蠖的运动步态启发,使用仿壁虎刚毛的PDMS微米三棱柱阵列作为足部,以间隔排列的透明带状PDMS和带状GP组成肌肉部分。Geca-Robot身体和足部的组合,可以在从紫外到红外的全波段光辐照下定向驱动机器人通过尺蠖的运动步态发生位移。Geca-Robot运动过程稳定性良好,并可以通过调控辐照波长、强度和周期进行精确控制。由于结合了仿壁虎刚毛的足部结构,Geca-Robot可以在光滑/粗糙表面、干燥/湿润表面以及倾斜表面运动。同时,Geca-Robot具有很广的工作温度范围（-17―100°C）,可以在负重超过自重50倍时正常运动。