自修复材料可以自发或者在外界刺激下修复损伤,对延长材料使用寿命、提高材料的使用安全性与稳定性有着重要的意义。然而,在目前大多数自修复材料的制备过程中,普遍存在制备复杂、需要外界刺激协助修复以及修复时间长、修复尺度受限等问题。这些问题严重限制了自修复材料在实际生产生活中的应用。超分子作用力具有可逆性、方向性以及敏感性等特性,可以对自修复材料的修复性能、机械性能和功能进行调节。本文通过简单有效的方法策略,制备了具有高效修复能力的超分子弹性体及凝胶涂层材料,并针对下列三个问题进行了探讨:一是如何减少材料在修复过程中对外界刺激的依赖,提高材料的修复效率;二是如何在赋予材料良好修复性能的同时保证材料具有良好的机械性能;三是如何在保证材料本身性能的基础上进一步提升材料的修复能力。具体工作内容如下:1)以天然产物为原料的可室温快速修复自修复弹性体的制备。我们以油酸为单体,组氨酸为修饰基团,利用组氨酸与过渡金属离子(Zn²⁺、Cu²⁺和Fe³⁺)之间的配位作用将聚合物链段交联,制备了一系列生物基自修复弹性体材料——Mⁿ⁺/POA-His。由于聚合物链段的支化结构以及配位键良好的动态性,该材料可以实现室温快速修复。被完全切断的Zn²⁺/POA-His材料在仅接触10 s后其断裂应力便可恢复到初始状态的59%,1 h后便可实现完全修复。通过改变配位所用的金属离子可以对Mⁿ⁺/POA-His的机械性能和修复性能进行调控。金属离子与组氨酸之间配位键的强度按Fe³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺的顺位依次减弱,Mⁿ⁺/POA-His材料的机械性能也依次减弱,而修复性能则依次增强。此外,Mⁿ⁺/POA-His材料可以通过多种手段进行回收利用,不仅可以通过热压实现多次重塑,还可以通过替换材料中的金属离子进行循环利用。Mⁿ⁺/POA-His弹性体材料可控的机械性能和优秀的自修复能力使得它在用作密封材料等方面存在潜在应用,可以用来实现对受损弹性材料如轮胎等的修复。2)兼具良好机械性能和自修复性能的聚丁二烯橡胶材料的制备。我们通过一步修饰,在聚丁二烯分子上修饰羧酸基团,通过羧基与锌离子的配位作用将聚合物链段交联,制备了自修复聚丁二烯橡胶材料——PB-COOH/Zn²⁺。由于金属配位键兼具高强度和动态性,PB-COOH/Zn²⁺在具备良好自修复性能的同时也具有良好的机械性能。所得的材料断裂应力为6.30 MPa,断裂应变可达2284%,韧性达68.66 MJ/m³。随后,对材料自修复性质的研究表明修复温度越高修复速率越快。PB-COOH/Zn²⁺在70℃下修复3 h材料的韧性便可恢复至初始状态的100%。当修复温度升至90℃时,材料实现完全修复只需1 h。PB-COOH/Zn²⁺材料还具备在温和条件下多次重塑的能力。此外,在材料中加入碳纳米管可以对其机械性能进行进一步增强。碳纳米管的优异的导电性能使材料还具备了电热修复及传感能力。3)可修复毫米尺度损伤的自修复透明涂层的制备。我们利用TiO₂作为催化剂,通过催化[2-（甲基丙烯酰基氧基）乙基]二甲基-（3-磺酸丙基）氢氧化铵（MSA）和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）的无规共聚,制备了透明自修复聚合物涂层。相比于体相材料,聚合物涂层因为存在基底限制,其修复更为困难。在本章工作中,AMPS的加入向原本以静电相互作用为主的体系中引入了强度稍弱且更易受水影响的氢键,增强了材料的修复能力,使该涂层可以修复毫米级别的损伤。通过调节AMPS的含量来可以调控PMSA-co-AMPS_n涂层的修复能力。PMSA-co-AMPS_0.2涂层可以修复宽达7.9 mm的伤口,而纯PMSA涂层的最大修复尺寸则仅为110μm。此外,得益于两性离子MSA优秀的水合能力,PMSA-co-AMPS_n涂层还具有清洁自身表面油污的能力。在涂层受损时,该材料可以非常便捷地恢复其受损的透明性和清洁油污的能力,在不影响材料功能性的同时也延长了材料的使用寿命。