引言
高分子水凝胶是含有大量水的亲水三维聚合物网络。可以理解为亲水高分子的浓溶液，但不溶解在水中，能够维持固定的形状。相比于胶体，往往具有弹性等特征，即施加外力水凝胶发生一定量形变之后，撤去外力之后，水凝胶能够部分恢复，甚至完全恢复到初始状态。相比于吸水海绵，在外力作用下，水分会被挤出。海绵中的水是由贯通的微孔，以及微孔毛细力固定的，这样的水通常被认为是“自由水”，仅仅因为吸水海绵材质本身固定的冻结水，冻结束缚水较微量。而水凝胶能够耐受一定的挤压变形，并且保持水含量，这得益于水凝胶的亲水聚合物网络结构，能够和水形成氢键，大量的水分子被固定，形成冻结水和冻结束缚水。许多高分子材料，由于主链或者侧基含有亲水基团，比如聚酯、聚酰胺等，这些材料往往具有吸湿性。水凝胶与这些具有吸湿性的材料相比，水凝胶含水量高，具有粘弹性等特征。高含水量赋予水凝胶能够被水溶性小分子透过，并且水溶性小分子在水凝胶中的扩散系数与在水中的扩散系数接近3,这有利于在生物领域的应用中，能够被代谢物透过。
日常生活中，有很多常见的水凝胶，比如果冻、鱼冻、敷料敷贴、水凝胶面膜、婴儿尿不湿等。广义的说生物体也是水凝胶,比如海洋中的水母，人体中的韧带、肌腱等。模仿生物体制备高强度的水凝胶用于柔性器件、组织替代等领域是目前研究的热点。然而化学合成的水凝胶，结构不均一，力学性能较差，极大的限制了化学合成水凝胶的应用领域。理清水凝胶的分类，聚合物链之间的相互间作用和空间结构，设计具有多层级结构高强度水凝胶是一条必由之路。
1.1水凝胶概述
水凝胶（Hydrogel）是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解[1]。
由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保有大量的水，水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高，吸水量越低。这一特性很像一种软组织。水凝胶中的水含量可以低到百分之几，也可以高达99%。凝胶的聚集态既非完全的固体也非完全的液体。固体的行为是一定条件下可维持一定的形状与体积，液体行为是溶质可以从水凝胶中扩散或渗透[2]。
1.2高强度水凝胶种类
（1）双网络水凝胶
双网络水凝胶的第一个网络通常是硬而脆的高度化学交联的聚电解质网络，为水凝胶体系提供刚性支撑；第二个网络是松散的低交联中性聚合物网络，能均匀分散到第一个网络中，使水凝胶具有高弹性模量，良好的延展性和韧性。这两个网络之间通过氢键、静电力等弱键作用力纠缠而相互连接。当受到外力作用时，水凝胶中的双网络结构相互配合，并通过第二网络分子链的滑移而有效消耗外界施加的能量，从而达到提高水凝胶机械性能的目的。
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