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超分子水凝胶是由非共价键作为交联点而组合形成的水凝胶,非共价键在水凝胶网络结构中作为可逆“牺牲”键,为水凝胶提供能量耗散机制。由单一物理交联作用制备的水凝胶力学性能较差,而两种或两种以上非共价键协同作用可以显著增加水凝胶的强度和韧性。此外,通过向水凝胶引入导电聚合物可以赋予水凝胶导电性能。本课题首先通过量子化学计算模拟聚乙烯醇、聚丙烯酸等聚合物分子间及分子内氢键相互作用位点及局域构象,在此基础上分别基于配位键及氢键等非共价键制备具有高力学性能的聚乙烯醇/聚丙烯酸/Fe3+水凝胶和具有导电性能的聚乙烯醇/聚丙烯酸/聚苯胺水凝胶,实验制备方法简单、通用。具体研究内容如下:采用生物相容性良好的聚乙烯醇(PVA)、丙烯酸(AA)为基质材料,以氢键为物理交联点制备了PVA/PAA超分子水凝胶,然后通过配位键的协同作用,制备具有高力学性能的PVA/PAA/Fe3+水凝胶。实验通过调节溶液中盐酸浓度、Fe3+浓度和水凝胶浸泡时间研究其对水凝胶力学性能的影响,通过溶液的pH值和流变性能探讨水凝胶的稳定性,通过循环加载-卸载实验评估水凝胶的自恢复性能。研究结果表明:红外光谱表征水凝胶网络结构氢键及配位键的形成;当溶液盐酸浓度为0.2 mol/L、Fe3+浓度为0.09 mol/L、浸泡时间为20 h时,水凝胶力学强度最优,其拉伸强度为12.69 MPa、韧性为41.64 MJ/m3;溶液pH=1-9时,水凝胶较为稳定;将水凝胶做一次循环加载-卸载实验之后,静置240 min,其应力、应变恢复率可达到90%、87.80%;通过水凝胶中Fe3+和外界环境中H+的可逆交换,实现其形状记忆功能。基于PVA/PAA超分子水凝胶体系,通过将PVA、AA和苯胺(ANI)混合,以氢键相互作用为物理交联点通过“一锅两步法”制备结构分布均匀的PVA/PAA/PANI导电超分子水凝胶。通过调节苯胺的含量探究水凝胶的力学性能及导电性能,通过循环加载-卸载实验评估了水凝胶的耐疲劳性。结果表明:苯胺含量为10 wt%时,水凝胶拉伸、压缩性能最好,其拉伸强度为0.49 MPa;形变为80%时,压缩强度达到2.7 MPa而不破裂;苯胺含量为16.6 wt%时,水凝胶导电性能最好,约为4 S/m。当将水凝胶进行100%形变循环加载-卸载时,7水凝胶可以很快的恢复;而进行300%形变循环加载-卸载时,水凝胶在大形变下具有短暂的不可恢复性。