近年来,水凝胶由于其独特且丰富的物理化学性质在工业、农业、生物医学等领域获得了越来越多的关注。迄今为止,科研工作者已经成功研制出大量性能良好、应用多样的水凝胶。其中,生物可降解性、生物相容性的多羟基聚合物聚乙烯醇（PVA）作为凝胶基体组分受到了广泛关注。然而,由单一 PVA组分制备的水凝胶力学性能较差,这极大地限制了它们的进一步应用。在优化力学性能方面,引入纳米纤维素这样的各向异性的多糖组分是一种较为简单的方法。纳米纤维素,包括纤维素纳米晶（CNC）、纤维素纳米纤维（CNF）和细菌纤维素（BC）,一方面具有高模量、高强度和生物可降解性、生物相容性等优异性能,另一方面与PVA链具有良好的亲和力,因此,可以很好地用作PVA水凝胶的增强填料。但仅物理交联的纳米纤维素/PVA复合水凝胶的三维网络结构并不稳定,因此,通常需用构筑多重网络的方式来增强水凝胶。尽管已有研究表明,水凝胶中每种网络对整体力学性能有贡献,但迄今仍较难区分每种网络各自的贡献度或扮演的角色。因此,如何理解水凝胶的多重网络结构与力学性能之间的关系仍然颇具挑战性。本文主要基于纳米纤维素/聚乙烯醇水凝胶网络设计,利用循环冻融（FT）等简易方法,从物理交联的网络结构构筑出发,首先利用不同长径比的纳米纤维素调控凝胶性能,随后以此为基础,通过引入其他网络（动态共价网络、金属配位网络等）增强凝胶性能,探究多层次网络的构筑及各自贡献,最终为刺激响应型功能水凝胶材料的结构设计与应用提供重要信息。要点如下:（1）采用不同长径比的纳米纤维素制备了一系列溶胶,长径比最小的CNC在PVA水性悬浮体系中是完全刚性的,因此PVA/CNC体系的流变逾渗值最高;长径比最大的BC在基体相中会形成自缠结结构,因此PVA/BC体系的逾渗值最低;而PVA/CNF体系的逾渗值介于两者之间,这归因于CNF适中的长径比。纳米纤维素的逾渗会影响凝胶状态的力学性能,总体来说,CNC对PVA凝胶的延展性有改善作用,CNF在拉伸强度的增强上会更有优势。由此,PVA凝胶前驱体中纳米纤维素本身的拓扑结构与最终凝胶网络之间的关系可被进一步建立,从而为利用纳米纤维素的长径比来调整PVA基水凝胶的结构和性能提供了重要信息;（2）以PVA/CNF复合水凝胶为模板,构筑了三种网络结构,包括仅靠PVA结晶形成的物理交联网络、仅以B-O键合形成的化学交联网络和两种网络共存的结构。结果表明,两种网络结构具有完全不同的变形敏感性:结晶形成的物理交联对应力诱导的变形较为敏感,而B-O键合导致的化学交联对应变诱导的变形更为敏感。在大范围变形的情况下,两个网络的共存会导致滞后功的标度行为,由此即可很好地定义两种网络的协同效应。不过在线性变形范围内,与B-O键交联网络相比,结晶网络具有更低的粘性耗散水平和更高的弹性存储水平。因此当两种网络共存时,结晶网络主导水凝胶的线性粘弹性。由此即可根据实际需要指导水凝胶中多层次网络结构的调控;（3）基于已建立的多重网络结构-凝胶粘弹性的关系,在PVA/CNF复合水凝胶模板中进一步构筑了聚多巴胺（PDA）-Fe3+金属配位网络,并优化了 PVA/CNF/Borax凝胶的粘弹性、力学性能和导电性。研究结果表明,新构筑的PDA-Fe3+金属配位网络会让复合水凝胶内部的力学结构更加稳定。在此基础上选择了具有高电导率（0.79 S/m）、高含水量（86.0%）、优异的强度和延展性（270 kPa,500%）的导电水凝胶0.8Fe@Gel-C+B进行了传感测试,并成功用于检测手部不同的运动模式。该水凝胶有望应用于人体运动监测的柔性可穿戴传感器领域。