凝胶作为一类重要的软物质材料,在生命结构和生产生活中随处可见,例如皮肤、果冻、润滑脂等。水凝胶和气凝胶是凝胶材料的两个主要研究方向,在仿生材料、生物医药、航空航天等领域有着重要的应用价值。本论文针对凝胶材料,主要开展的研究有两部分:一部分是针对高强度快响应水凝胶的构筑及机理研究,改善目前水凝胶材料机械强度较差和响应速度较慢的缺点;另一部分是利用蛋白质泡沫作为模板,旨在对生物大分子进行充分利用,构筑环境友好型气凝胶材料。本论文利用传统的胶体与界面化学研究方法及表征技术,结合高分子合成及性质的基本原理,揭示凝胶材料的构筑机理,研究结果有助于推动凝胶材料可设计性及可分析性的进一步研究与发展。论文主要由以下几个部分构成:第一章,绪论,主要介绍了凝胶和泡沫等材料所涉及到的基本概念、种类及应用,并对高强度水凝胶、温敏性水凝胶和生物基气凝胶进行了详细的论述,瞄准当前研究的前沿,引出本论文的选题依据和研究目的。第二章,构筑了强度和温敏性可调的双交联水凝胶。将1-乙烯基咪唑和N-异丙基丙烯酰胺共聚物形成的凝胶,与四种第一过渡系金属离子进行配位,利用金属离子和咪唑之间的可逆配位作用,增强了水凝胶的机械性能,调节了水凝胶的低临界共溶温度。探讨了水凝胶的两重交联密度和配位金属离子的种类对水凝胶机械性能和低临界共溶温度产生的影响。比较了与四种金属离子配位后水凝胶之间的差异,与Zn2+配位后的水凝胶,机械性能较与其他离子配位的水凝胶有着更为显著的提高。该水凝胶具有导电性、可调控的机械性能和温敏性能,可作为双响应温敏性的开关元件,用作火警报警器。第三章,利用泡沫模板法构筑了生物基多级孔气凝胶。制备多孔材料通常利用模板法,而目前常用的为乳液模板法。基于干燥过程是气凝胶制备过程的关键步骤,利用泡沫体系多孔的特点,选用泡沫作为模板制备气凝胶,可以简化气凝胶的干燥过程。选用天然的生物大分子为原料,以鸡蛋蛋白作为发泡剂和凝胶因子,同时起到起泡和固化的作用,羧甲基壳聚糖作为增强相,双醛淀粉作为交联剂,与蛋白质和羧甲基壳聚糖上氨基通过席夫碱反应交联,利用泡沫作为模板制备得到多孔水凝胶,进而利用冷冻干燥的方法得到多级孔气凝胶。通过表面改性可赋予气凝胶疏水性,并将其用作油水分离的吸附材料。该方法克服了泡沫本身热力学不稳定性所带来的限制,避免了利用常见的发泡剂或减压起泡方式的复杂性与危险性;得到的气凝胶材料结构新颖,环境友好。