1. 水凝胶概述

水凝胶是一种化学交联或物理交联形成的三维网络结构的高分子功能材料^[1]，其高分子网络中含有大量亲水基团可达到充分吸水溶胀，吸水后不溶解且能保持一定的形状，一定的几何外形、弹性、强度等，是一种特殊半固体材料。当对水凝胶施加一定外力时，凝胶发生形变，撤去外力作用后又能恢复其形态。由于其特殊的性能，可广泛应用在生物医药、药物释放、生理护理、农林园艺、日用化工、建筑工程及环境保护等各个领域。并且水凝胶具有良好的生物相容性，并且与生物体内的许多组织，如皮肤、软骨、肌肉等有相似结构，在结构和组成上更接近于活体组织，有望成为人造器官方面材料。

但是，传统高分子水凝胶也存在一些不足，如结构不均匀、力学性能差、溶胀能力有待提高及环境响应性不明显等。单纯地提高交联度会使凝胶网络弹性下降，脆性上升，因此这种方法提高水凝胶力学强度的程度有限，提高合成水凝胶的力学强度，近年来高强度水凝胶的制备越来越受到重视，从分子水平改变水凝胶内部微结构是目前研究的热点。

2. 水凝胶发展前景

水凝胶是一类含有三维网络结构的高分子聚合物材料, 因为水凝胶本身含有大量亲水性基团, 所以能吸收超过自身几十倍甚至几百倍的水分, 而且在水中具有溶胀而不溶解的特性, 具有很好的保水能力。现阶段, 由于人们对生物基材料越来越重视, 而水凝胶也因其高吸水、高力学强度以及智能敏感性, 受到人们越来越多的关注。目前, 新型水凝胶的制备和应用是水凝胶的主要研究领域。水凝胶的制备方法多样, 应用广泛, 在生物医药方面能够应用在创伤敷料、药物释放载体、人造皮肤、生物传感器等方面。

高分子水凝胶具有刺激应答的智能性，从而启发人们利用凝胶体积溶胀和收缩循环及其提供的动力，设计出高效率的由化学能直接转换为机械功的”化学发动机”，这种装置在人造肌肉方面的应用特别引人注目。因为凝胶的体积变化是不连续的和可预测的，所以凝胶也可作为记忆元件和开关的新型材料。利用凝胶对压力的变化，设计出使其颜色变化的显示功能，可以应用在计算机和手表上。利用凝胶网络孔眼可以预先控制的特性，可进一步改进化学层析和电泳分离技术，也可作为工业过滤用新材料。

其次，由于水凝胶是一种类似于生命组织的高分子材料，除了具有良好的生物相容性特点之外，也不影响生命体的正常新陈代谢过程，且生命体的代谢产物可以通过水凝胶排出。同时，水凝胶的刺激响应性类似于开放的生物系统，且生物体中的许多软组织具有类水凝胶的结构, 因而水凝胶在生物医学领域显示出巨大的应用前景。在医学方面，pH 和温度敏感性智能水凝胶在药物控制释放、生物传感器、生物材料培养提纯、蛋白质活性控制等方面具有很大的潜能，并已被应用于靶向药物的可控释放、生物物质分离、膜分离、吸附重金属离子；在仿生学上也有应用，如眼球中人造的玻璃体和角膜、作为移植于人体内药物释放的载体等。近十多年来，对智能水凝胶的应用研究和开发工作发展十分迅速。

纳米金属复合水凝胶作为一类先进的复合材料, 具有良好的刺激响应性能和催化、抗菌、药物运载、生物传感器等功能。现在,一些国内外的学者、研究小组都还在致力于研究出功能更加多样、环境刺激响应性能更加良好的纳米金属材料复合水凝胶, 以期能拓展纳米金属粒子的应用前景。

聚合物水凝胶因其优异的力学性能、独特的网络状结构等优点,成为新一代高性能超级电容器的理想材料。可伸展性和可压缩性是超级电容器作为现代柔性可穿戴电子设备的关键性能。它不仅可作为高效储能的柔性电极材料,而且可作为准固态电解质材料,在克服传统液体电解质系列缺陷的同时,获得更加轻薄、安全、稳定的柔性全固态储能器件。

用水凝胶作为中间载体制备出来的纳米金属复合水凝胶兼具纳米金属粒子和智能水凝胶的特点, 同时还可以通过水凝胶的网状结构对纳米金属粒子的直径和分布情况进行调节, 是一种优良的复合材料。