刺激响应水凝胶驱动器(stimuli-responsive hydrogel actuator)是一类能对外界刺激(温度、p H、离子、光等)做出响应,从而发生体积或形状变化并将自身的化学能转化为机械能的智能材料。由于水凝胶驱动器具有类似于生物组织的含水量高、模量低等特性,因此被认为是理想仿生材料。近年来,尽管研究人员已经制备了种类繁多的水凝胶驱动器,但是现有的水凝胶驱动器通常只能对一种外界刺激做出响应,并且水凝胶的驱动形式依然限于弯曲等简单的变形,这些问题都极大限制了水凝胶驱动器的发展以及应用研究。为解决以上问题,本文致力于实现水凝胶驱动器的多重刺激响应特性,同时拓宽水凝胶的应用领域,主要完成了以下工作:(1)构筑了基于动态硼酸酯键的水凝胶模块组装的方法,通过在水凝胶的化学网络中引入苯硼酸基团,以聚乙烯醇(PVA)为超分子胶水,实现了多块含有苯硼酸基团的水凝胶模块间的有效粘接。通过对不同刺激响应水凝胶的模块组装制备了具有温度、离子双重刺激响应的水凝胶驱动器,并进一步通过粘接位置的选择实现了三维复杂形变以及构建了抓取力可控的软机械抓手。(2)基于以上研究,在水凝胶网络中引入具有p H响应的苝四甲酸荧光分子,制备得到了具有p H响应荧光发射特性的水凝胶驱动器。通过光掩模板和离子印染的方式,实现了基于驱动的一维信息存储与加密以及基于荧光变化的二维信息存储与加密。最后通过驱动与荧光相结合,实现了三维信息存储与加密。(3)基于海藻酸钠与钙离子的配位作用,利用明胶内部钙离子向海藻酸钠溶液中的扩散过程,在明胶表面生长海藻酸钠水凝胶,最后通过加热移除明胶得到具有空心结构的海藻酸钠凝胶。借助3D打印与模块组装技术,制备了具有三维立体结构的明胶,并以此为模板构建了具有三维复杂空心结构的海藻酸钠水凝胶。最后基于空心结构实现了气/液动驱动器、变色软管、物质运输与分离、化学反应器及催化器等一系列的应用。综上所述,本文通过水凝胶的分子和结构设计,制备了具有多重刺激响应以及复杂形变特性的水凝胶驱动器。在此基础上,通过引入荧光分子,赋予了水凝胶优异的荧光特性,并通过驱动与荧光结合拓展了水凝胶驱动器在信息多维度存储与加密方面的应用。最后制备了具有空心结构的水凝胶,利用水凝胶复杂的空心结构进一步实现了水凝胶功能的多样化。