在遭遇外界损伤后,生物体在无外界因素刺激的情况下能够实现伤口自动修复或愈合。受此启发,科学家们以聚合物材料为主要研究对象,开发出了一系列功能化的自/可修复聚合物材料。自/可修复聚合物材料按照是否需要外加修复剂可分为外援型修复材料和本征型修复材料两大类。相较于修复次数有限的外援型修复技术,本征型修复材料则主要是通过自身体系中化学键的可逆断裂-重组或快速动态交换来实现聚合物材料理论上无限次的修复过程,这与生物体的修复行为更加相似。更重要的是,本征型修复材料和一些功能性填料进行简单成型加工,可制备出各种功能性的修复材料。由于该类材料能够同时修复材料的机械性能和特定功能,其逐渐成为学术界和工业界的研究热点。在此,本文提出了一系列的设计策略来改善本征自/可修复材料的综合性能,力争使其能够满足实际应用的需求;同时,我们将其应用于不同的研究领域,以解决该领域的科学难题。1.制备了一种新型的聚脲-石墨相碳氮化碳纳米片（PUU-g-C3N4 NSs）复合材料,其中PUU基体内的多重氢键赋予了复合材料室温自修复性能,而作为化学和物理交联剂的g-C3N4 NSs填料则复合材料提供了显著改善的机械性能。在此基础上,通过滴涂的方法将PUU-g-C3N4 NSs作为智能防腐涂料沉积在铝合金（AA2024）表面,对金属进行防护。利用电化学阻抗谱、激光显微镜和扫描开尔文探针对PUU-g-C3N4 NSs涂层的防腐性能和自修复性能进行了评估。实验结果表明,即使将PUU-g-C3N4 NSs涂层浸泡在0.5 M Na Cl中20天,还能保持防护能力。此外,实验观察到PUU-g-C3N4NSs涂层可修复表面的人工划痕,同时,仅修复10分钟后即可使损伤区域拥有防腐能力。引入g-C3N4 NSs使PUU-g-C3N4 NSs复合材料满足了智能防腐涂层的使用要求;g-C3N4 NSs为复合涂层提供了优异的抗渗透性,并使其在环境条件下、甚至高湿度下保留了令人满意的自修复性能。2.提出了一种新颖的共价/超分子杂化构建策略,其中共价交联网络负责为材料提供高模量和弹性,而超分子交联网络则可使材料在室温下具有极佳的延展性和快速的自修复性能;材料极佳的延展性和快速的自修复性能取决于金属-配体配位键的超快的交换动力学以及多重配位模式。具有代表性的CSH-PPG-Zn-0.25聚脲杂化弹性体可拉伸超过其原始长度的180倍,并且和报道的超延展材料相比,具有最高的杨氏模量（1.78±0.08 MPa）。CSH-PPG-Zn-0.25可以在3小时内完全恢复自身的机械性能。值得注意的是,该材料还可以在-20°C的低温下进行修复,并且其修复过程不受表面老化和大气湿度的影响。只需调整金属/配体的摩尔比即可实现机械和动态特性的宽范围可调性,例如杨氏模量（从1.71±0.08 MPa到5.56±0.22 MPa）,最大拉伸强度（从0.32±0.03 MPa到4.42±0.23 MPa）,断裂应变（从>18000%至630±27%）和储能模量,这主要是由于增加了聚合物网络交联密度以及形成了刚性离子簇的结构。根据不同的材料特性,分别使用两种典型的弹性体用作柔性自修复的导体以及自修复的汽车涂料。得益于CSH-PPG-Zn-0.25出色的抗老化和低温修复特性,文中制备的Ag-NWs/CSH-PPG-Zn-0.25导体甚至可以在零度以下修复其导电功能。CSH-PPG-Zn-0.50材料满足汽车涂料的机械性能要求,能够在大气环境下彻底消除表面划痕并恢复局部受损区域的防腐功能。3.在氢键/Diels-Alder动态共价键双交联网络中植入大量的Zn2+-咪唑配位键,极大地提高了材料的机械性能,从而获得了坚硬、坚固且又坚韧的仿海参材料（SCIM）。合成的SCIM材料在干燥条件下具有出色的抗冲击性能。由于非共价键交联网络在湿度影响下可以可逆的破坏/重构,调节环境湿度可使SCIM可逆的从软而弱状态切换到硬而强的状态。实验结果表明,合成的SCIM的从软态到硬态的转换能力(Emax/Emin)很高,高达≈107.6。此外,我们合成的坚硬的SCIM（E≈183MPa）能够在干湿循环过程中自主修复机械性能,其修复效率高达85.5%。进一步地,SCIM也可以完全修复表面划痕,且不会留下任何细微的疤痕。由于存在DA动态共价键、氢键和配位键的协同作用,SCIM还具有可回收性。4.提出了一种多相活性氢键的新策略,开发出了在室温甚至苛刻条件下能够快速高效自修复的材料。该设计的核心概念是将硫脲单元掺入具有微相分离结构的聚脲网络中,从而形成多强度分级氢键结构;这不仅会破坏硬相单元的结晶结构,还可以将动态可逆氢键同时插入硬相和软相中,给材料带来优异的自修复性能。研究表明,在完全切断后,合成的PDMS-MPI-TM材料在室温下修复4小时可以完全恢复所有机械性能。值得注意的是,该材料的自修复过程也可以在低温（在-20℃下48小时内恢复85%的效率）或在水下进行（在4小时内95%效率的恢复）。得益于多相氢键的裂解/重组过程,PDMS-MPI-TM表现出空前的超延展性和缺口拉伸不敏感性;其可拉伸至31500%且不会断裂,同时其具有缺口不敏感的高延展率（18000%）。这些非凡的特性启发我们制造出了高度可拉伸的自修复水下导体以及自修复电池隔膜,该隔膜可用于抑制多硫化物的穿梭并防止微裂纹在硫电极中扩散,这为在水下电子设备或锂硫电池中的应用提供了途径。5.设计并合成了一种由低分子量的低聚物组装而成无色透明的玻璃态聚氨酯（GPU）。GPU聚合物网络中带有大量松散堆积的弱氢键,其玻璃化转变温度（Tg）高达36.8°C;与此同时,GPU具有很大的刚性且其拉伸杨氏模量达到1.56±0.03 GPa。尽管如此,我们在该GPU的聚合物网络中也观察到快速的室温自修复过程;破碎的GPU样条仅修复10分钟后,即可恢复高达7.74±0.76 MPa的拉伸强度。我们发现,尽管GPU聚合物链段在室温下的扩散过程很慢,但是其网络中高密度的、松散堆积的氢键可在Tg以下可逆地解离/缔合（即次级弛豫）,这使得断裂界面中受损的聚合物网络能够重新结合,从而实现材料自修复过程。基于上述性质,我们证明了合成的GPU在光学透镜领域具有潜在的应用前景。6.受到蜻蜓翅膀微观结构的启发,我们展示了如何通过从分子设计到结构加工的策略,将脆性、坚硬且可修复的材料变成能够容忍裂纹的韧性断裂材料。在我们设计的体系中,过渡金属碳化物/碳氮化物（MXene）形成了一个相互连接的刚性机械框架,其类似于蜻蜓翅膀中的刚性神经,能够稳定并延缓裂纹的扩展;而合成的玻璃态可修复聚合物（SP）则通过强大的界面超分子相互作用与刚性框架紧密结合,发挥出了消散应力能的关键作用。与初始的SP聚合物相比,受蜻蜓翅膀微结构启发并制备的纳米复合材料（SPM）的断裂韧性和弯曲强度分别增加了54.3倍和25.0倍;同时,SPM还具有出色的热稳定性、力学和功能修复性、以及良好的电磁干扰屏蔽功能,这些特性极大地拓宽了可修复聚合物在恶劣条件下的应用中的可能性。