水凝胶是一种含有大量水并保持网络结构的聚合物或交联网络,在水凝胶中加入盐等导电材料,可以使得水凝胶具有极佳的导电性,在组织工程、软体机器人等领域已经获得广泛应用。但长期以来水凝胶的制取工艺繁琐,阻碍了水凝胶进一步的推广应用。随着增材制造技术的发展,水凝胶的3D打印技术最近已成为高分子领域研究的重点。而通过光固化3D打印技术可以加快水凝胶的制造并赋予其独特的电学、力学及光学等特性,将极大的拓展水凝胶在传感器、柔性电子等方面的应用。本论文主要基于面投影微立体光刻-Projection micro stereolithography（PμSL）3D打印技术进行工艺探索,制备出具有超拉伸性、强粘附性、导电性、抗冻性等性能的水凝胶,并利用分子动力学理论解释了优异特性的物理机理,进而探索水凝胶作为离子导体在传感器、人机接口等方面的应用。（1）对水凝胶面投影微立体光刻（PμSL）3D打印工艺进行优化分析。通过调整曝光焦距、时间,水平集法-Level set method（LSM）调控灰度处理解决了水凝胶加工过程中可能存在的粘膜、过曝等问题,为打印高精度结构提供技术支撑。（2）通过材料配比设计,优化了水凝胶如超拉伸性、强粘附性、导电性、抗冻性等性能。水凝胶的拉伸性通过单体、交联剂等比例进行调节;水凝胶的粘附性表现在水凝胶可以自粘附在任意物体的表面,没有明显脱落现象;水凝胶表现为良好的抗冻性和导电性,在-80℃低温情况依然具有良好导电性,能够作为离子导体点亮LED灯。（3）通过分子动力学-Molecular Dynamics（MD）方法,基于密度泛函理论计算了水凝胶不同组分之间的相互作用能,并解释了水凝胶良好的粘附性和抗冻性的物理机理。（4）水凝胶作为离子导体可以在拉伸的情况下传输网络数据,并且传输性能与普通网线相当;水凝胶作为柔性应变传感器提高灵敏度的同时感知人体的诸如手指弯曲,膝盖运动等大运动信号以及吞咽说话等小运动信号,并且具有在-80℃低温情况下良好的传感能力;水凝胶用作压力传感器感知压力带来的电容变化。（5）水凝胶作为柔性人机接口可以采集人体的生理电信号,包括眼电信号（EOG）、心电信号（ECG）以及肌电信号（EMG）。并利用3D打印水凝胶柔性人机接口电极采集的EMG信号作为用户界面控制机器人同步运动以及准确地完成弹奏不同音符的动作,甚至可以控制-80℃低温环境下机械手的运动。