1.前言

高分子水凝胶作为一种拥有机动性能和形变的软湿材料，同时有对外界刺激响应的智能特性以及形状记忆的特性；对比刚性材料，高分子水凝胶在材料、生物、工业和农业等领域中均具有广阔的应用前景。但由于高分子水凝胶网络结构中大部分组成是水，它的力学性能和稳定性往往较差，使其实际应用受到限制。因此广大研究者一方面致力于研究提高水凝胶的机械强度，另一方面致力于研究制备一类非水环境的新型凝胶。近年来，高强度水凝胶的研究取得了突破性的进展；本章在简要介绍高分子水凝胶的基础上，综述了高强度水凝胶最新研究进展。

2. 高分子水凝胶的概述

2.1高分子水凝胶的定义

高分子水凝胶(hydrogels)是由单个或多个聚合物链通过化学或物理交联形成的一类具有化学或物理交联结构、可吸收大量水分但不溶于水的高分子或大分子聚集体，这种具有三维网络结构的亲水性高分子在水中可保持一定形状和三维空间网络结构并迅速溶胀而不溶解^[1]，”水材料”的称号也由此得来。高分子水凝胶同时兼具液体和固体双重性质:当我们从微观尺寸角度来观察时，可以发现高分子水凝胶具有三维网络结构，水溶性小分子可以在三维网络中自由扩散，且扩散系数与在水溶液中接近，所以它具有液体性质。当我们从宏观尺寸角度来观察时，可以发现高分子水凝胶可以保持一定的形状，施加一定的压力后会变形，当去除压力后它会恢复原来的形状，所以它具有固体的粘弹性;此外，与海绵受到外力作用其中的水会被挤压出来不同，水凝胶里的水很难从水凝胶网络中被挤出来。这是因为在水合作用下，其中的水分子被亲水基团束缚在三维网络结构中，从而赋予了高分子水凝胶良好的保水性能。

2.2 高分子水凝胶的分类^[2]

经过数十年的发展，水凝胶主要按照来源、交联方式、尺寸、对外界刺激响应性等进行分类。

依据来源可将高分子水凝胶可分为合成高分子水凝胶和天然高分子凝胶两大类。合成高分子水凝胶是通过人工合成出交联高分子，再经过吸收溶剂而成的凝胶，主要有高吸水性树脂、隐形眼镜等。天然高分子水凝胶由生物体制备，主要有胶原、琼脂糖水凝胶、纤维素水凝胶、壳聚糖水凝胶等。

根据高分子网络交联方式分类，高分子水凝胶可分为物理交联水凝胶和化学交联水凝胶。物理交联水凝胶主要是通过氢键、库仑力、配位键及大分子间的缠结等物理间的相互作用形成的。大多数天然凝胶是依靠高分子链锻相互间形成氢键而成为交联结构的，例如蛋白质凝胶，这种氢键会因加热等而被破坏，因此这种交联方式形成的水凝胶结构不稳定，如果外界条件发生变化时，很容易发生破坏。化学交联水凝胶是高分子链锻间通过共价键等化学作用交联起来形成的三维网络结构，使高分子只发生溶胀而不熔融或溶解。通常在合成高分子时加入交联剂进行聚合，或者通过线形或支化型高分子链中官能团相互反应而形成这种共价交联键。此外，依凝胶尺寸可分为微凝胶和块状凝胶两类。根据对外界刺激响应性可以分为传统水凝胶和环境敏感性水凝胶^[3]。