凝胶由于其优异的生物相容性、结构多样性和刺激响应性,广泛应用在组织工程、生物电子和软体机器人等领域。凝胶在这些新兴领域的应用要求其具有高的强度和韧性。一个通用的设计策略是通过在共价键交联的高分子网络结构中引入非共价相互作用作为可牺牲键来形成兼具有高延展性、高强度与高韧性的凝胶材料。高分子网络中共价交联程度的不均匀性以及非共价作用的广泛分布往往导致水凝胶结构极度不均（异质性）,在微观尺度上产生相分离。目前,大多数研究聚焦在如何利用相分离原理来设计和制备强韧的水凝胶和离子导电凝胶,但微观相分离结构的解析以及对凝胶性能（力学和导电）的影响仍需要进一步探究。本论文以具有氢键相互作用的聚（N,N-二甲基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸）（P（DMAA-co-MAAc））为高分子网络骨架构建的韧性水凝胶和离子导电凝胶为模型体系,探究微观相分离结构的形成以及对宏观力学性能和导电机理的影响。论文通过系统改变化学组分来调节体系的非共价相互作用从而实现对凝胶机械性能、溶胀性和导电性的有效调控。我们借助多种分析表征手段,致力于探讨异质性相分离结构对凝胶性能的影响,解析微观相分离结构参数,构建微观结构变形与宏观变形之间的关系。进一步,系统探讨相分离离子导电凝胶的微观结构和机械性能及其导电机理之间的关系。本论文的主要内容如下:（1）结合共价交联和动态氢键以构筑P（DMAA-co-MAAc）韧性水凝胶,深入探究了相分离结构对机械性能的影响。改变化学组分可以有效调控水凝胶的溶胀性能和机械性能。不同的溶胀性能诱导产生显著差异的机械行为,溶胀水凝胶（Qv＞1）的力学行为软而弱,具有较小的断裂应力、伸长率、杨氏模量和断裂能,表现出典型的中性水凝胶行为;收缩水凝胶（Qv＜1）由于形成强的氢键缔合作用导致凝胶展现出较大的伸长率和拉伸应力、较高的杨氏模量和断裂能,具有强而韧的机械性能。溶胀性能和机械性能的定量关联说明水凝胶的机械行为对溶胀行为表现出强烈的依赖性。小角X射线散射（SAXS）表明P（DMAA-co-MAAc）凝胶网络具有不均匀分布的聚合物相（从纳米到亚微米）的异质性微观结构。多种力学测试表明氢键作为动态牺牲键导致水凝胶具有显著的粘弹性和自修复性。（2）借助小角中子散射（SANS）定量解析相分离水凝胶的微观结构参数,并通过原位SAXS拉伸技术阐明微观结构演化对宏观机械性能的影响。研究结果表明:SANS的衬度匹配佐证了P（DMAA-co-MAAc）水凝胶具有高度异质性的微观结构,考虑水凝胶是由聚合物链密集相和稀疏相组成的简单的两相结构,引入散射不变量INV和颗粒填充增强凝胶的模型成功解析了水凝胶的网络结构参数。此外,散射数据的拟合结果表明收缩水凝胶和溶胀水凝胶具有相似的热力学扰动尺寸和显著不同的结构异质性相关长度。原位SAXS表明,收缩的韧性水凝胶在拉伸过程中遵循仿射变形的结构演化模式,而溶胀水凝胶在原位拉伸过程中的微观结构演化则表现出非仿射变形,两种变形模式导致相应不同的机械行为。（3）在P（DMAA-co-MAAc）网络基体中引入离子液体制备一种相分离离子导电凝胶,并讨论了该材料的异质性微观结构和机械性能的关系。我们以P（DMAA-co-MAAc）为聚合物基体,以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐为导电介质,合成了一种具备优异的机械性能、优良的导电性、对极端环境有良好耐受性的透明离子导电凝胶。改变离子液体含量和单体配比可实现对导电凝胶外观、机械性能和导电性的有效调控。宽广的力学性能、优异的电导率和透明性,为该离子导电凝胶在柔性电子器件领域的应用提供了很大空间。SAXS表明离子导电凝胶具有与机械性能密切相关的异质性微观结构。结合电化学交流阻抗谱、机械流变和宽频介电松弛谱以探讨离子导电凝胶在高、低温环境下的链段运动和导电机理,结果表明,离子液体运动与高分子链段的松弛行为紧密相关,且对温度有强烈的依赖性。进一步地,良好的粘接性和应变传感性能意味该材料可用做一种新型的柔性应变传感器。