【摘 要】
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光热转换智能水凝胶可以将光能转化为热能,再通过热能引发水凝胶材料的响应行为。这种具备光热转换功能的智能水凝胶材料在药物缓释、海水淡化、光驱动器件等领域具有良好的应用前景。但是目前的光热复合水凝胶存在光热转换性能差、响应速度慢、力学性能不佳、功能单一等缺点。针对这些问题,本文以开发新型具有优良光热性能的多功能水凝胶为目标,将聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）温敏水凝胶分别与高光热转换效率的二维MX
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光热转换智能水凝胶可以将光能转化为热能,再通过热能引发水凝胶材料的响应行为。这种具备光热转换功能的智能水凝胶材料在药物缓释、海水淡化、光驱动器件等领域具有良好的应用前景。但是目前的光热复合水凝胶存在光热转换性能差、响应速度慢、力学性能不佳、功能单一等缺点。针对这些问题,本文以开发新型具有优良光热性能的多功能水凝胶为目标,将聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）温敏水凝胶分别与高光热转换效率的二维MXene和Mo O2材料结合,制备出两种PNIPAM基高性能光热功能水凝胶。然后通过设计双层各向异性结构制备近红外响应水凝胶驱动器,研究其形变速度及不同介质下的响应形变行为,揭示其形变机理,并探究了复合水凝胶作为智能执行器和应变传感器的可行性。此外,将2D-Mo O2引入海藻酸钠/聚丙烯酰胺/钙离子(SA/PAM/Ca2+)体系中制备出第三种聚丙烯酰胺（PAM）基多功能光热水凝胶,该水凝胶同样具备近红外光驱动下的形变响应能力,基于其制备的应变传感器具有灵敏的应变响应性和优异的机电稳定性,可用于人体运动信号的实时监测。本文的主要研究内容和结论如下:（1）光热转换MXene/Laponite/PNIPAM复合水凝胶首先利用层间刻蚀的方法制备了具有高光热转换效率（48%）的MXene纳米片,然后采用一步聚合法制备了兼具优异光热性能（150 s升温至58°C）、优良力学性能（εb=700%,b=50 k Pa）、高电导率(0.35 S m-1)和良好自愈合性的多功能MXene/Laponite/PNIPAM水凝胶（MXTN水凝胶）。基于MXTN水凝胶制备的双层驱动器在空气和水下介质中均具有良好的近红外光驱动响应性,可用作光控智能抓手“捕捉”目标物体。此外,探究了MXTN水凝胶作为拉伸和压缩应变传感器的可行性。该MXTN水凝胶在柔性传感、光热理疗、软体机器人等领域具有良好的应用前景。（2）高透明、光热转换2D-Mo O2/Laponite/PNIPAM复合水凝胶首先利用高温固相还原的方法制备了2D-Mo O2,其具有极佳的光热转换效率（62%）和热稳定性。然后首次将2D-Mo O2引入PNIPAM体系制备了兼具优异光热性能（150 s升温至68°C）、高透光率（50%）、良好柔韧性（εb=600%）和粘附性的多功能2D-Mo O2/Laponite/PNIPAM水凝胶（MTN水凝胶）。基于MTN水凝胶制备的双层驱动器在近红外光下展现了快速可逆的形变响应,在强酸碱溶液介质中依然具备良好的响应性。最后,探究了MTN水凝胶应用在微流阀、透明智能抓手和人体动作传感方面的可行性。相比目前绝大多数光热水凝胶,MTN水凝胶具有优良光热性能的同时还具有高透明性,更有利于在透明可视化智能领域的应用。（3）高拉伸、高透明、光热转换2D-Mo O2/SA/PAM/Ca2+复合水凝胶将2D-Mo O2引入SA/PAM双网络水凝胶体系,并通过浸泡法制备了多功能2D-Mo O2/SA/PAM/Ca2+复合水凝胶（MDN水凝胶）,MDN水凝胶兼具优良的光热性能（150 s升温至60°C）、优异的力学性能（εb=1800%,b=350 k Pa）、高透光率（60%）和电导率(0.85 S m-1)、良好的抗冻性（-22.4°C）。MDN水凝胶同样具备近红外光驱动下的响应能力。此外,基于MDN水凝胶制备的柔性应变传感器具有灵敏且快速的应变响应性（GF=7.1,ε=500%）,优异的机电响应稳定性（200次循环）,可用于人体运动信号的实时监测。该MDN水凝胶在智能执行器、软体机器人、电子皮肤、可穿戴柔性传感设备等领域具有重要的应用价值。
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