自修复材料能够自动修复损伤区域，恢复结构完整，有助于节约资源、降低成本，推动人工合成材料的绿色可持续发展。在材料的实际应用中面临多变的环境因素的考验，仅修复结构的完整是远远不够的，新一代功能材料需要既能够感知周围环境的变化并进行反馈，又能自动修复损伤。对于合成材料而言，机械刺激往往造成开裂、磨损、变形等损伤。实现机械损伤的指示、传感和修复对提高材料的安全性、耐久性和稳定性具有重要意义。力致变色材料能够可视化响应机械力，在受力感知和智能显示方面具有独特的优势。集成力致变色功能的自修复材料具备可视化的机械力响应性和损伤修复能力，有望应用于损伤预警、智能显示以及应力传感等重要工程和尖端技术领域。虽然目前针对力致变色自修复材料已有一些初步研究，然而，制备方法简便、机械性能强韧以及修复迅速的力致变色自修复材料仍然亟待发展。自然界中，生物体集成了各种精巧的结构和功能。受鱿鱼皮肤中色囊扩张引起变色及蛋白质氢键动态重构的启发，本论文首先设计制备了一种仿鱿鱼皮肤的双层结构复合材料，上层为聚乙烯醇与二氧化钛复合物 (PVA/TiO2)，下层为荧光自修复聚氨酯。拉伸时，PVA/TiO2层的微裂纹打开，紫外光照射到荧光自修复聚氨酯上，材料显示荧光。受损时，材料可通过氢键的解离与重构完成修复。力致变色性能可通过调节PVA/TiO2层厚度以及TiO2含量进行调控。简单地更换荧光染料即可得到显示不同颜色的力致变色自修复复合材料。这种双层结构复合材料制备方法简便，可用于开发高级信息加密和应力传感器件。目前集成了力致变色和自修复功能的材料多为柔软的橡胶或水凝胶，难以承受较大的载荷。增强力致变色自修复材料的力学强度是其能够作为工程应用材料的基础。无机纳米粒子常被用作刚性填料来增强聚合物的机械性能。此外，相比于掺杂荧光染料，稀土离子配合物荧光具有不易迁移、稳定性强的特点。本论文制备了羧基和2-脲基-4-[1H]-嘧啶酮 (UPy) 基团功能化的核壳结构纳米粒子，并利用稀土离子与羧基的配位作用赋予其荧光特性。荧光纳米粒子与自修复聚氨酯结合得到荧光自修复聚氨酯，纳米粒子通过UPy基团的四重氢键相互作用在聚氨酯基体中均匀分散，显著提高了自修复聚氨酯的力学强度。荧光自修复聚氨酯与PVA/TiO2层复合得到的力致变色自修复材料展示出32.6 MPa的高拉伸强度，机械力响应的荧光变化和良好的修复性能。与复合材料相比，本征型聚合物具有无外物引入、易于加工成型的优势。螺吡喃力色团在机械力作用下其C O键发生断裂而转变为部花青，显示颜色变化。本论文将机械力响应性的螺吡喃力色团引入到聚合物主链中，构筑了本征型力致变色自修复材料。通过调节聚合物中硬段的种类和软段的分子量制备了一系列含螺吡喃力色团的聚合物弹性体。硬段为六亚甲基二异氰酸酯，软段为分子量1000 g/mol的聚四氢呋喃醚二醇时，所得聚合物材料呈现强韧的机械性能以及显著的力致变色和自修复性能。为了对本征型力致变色自修复聚合物的功能进行调控并探索修复机理，本论文进一步通过调节聚合物中螺吡喃力色团的含量对材料的机械性能、力致变色性能及自修复性能进行调控。含3%螺吡喃的样品表现出显著的力致变色性能，且断开的样品在50 °C修复1 h力学性能即可完全恢复，修复后样品的韧性高达447 MJ/m3。通过对材料结晶结构、流变特性以及氢键相互作用的分析，阐明了本征型力致变色自修复聚合物基于链段扩散和动态氢键相互作用的自修复机理。本论文构筑了力致变色自修复复合材料和本征型力致变色自修复聚合物，系统调控了材料的力致变色性能、自修复性能和机械性能，并揭示了本征型力致变色自修复聚合物的修复机理，为力致变色自修复材料的设计制备及性能研究提供了可行思路。这种能够直观地感知机械力而发生色彩变化并自动修复损伤的功能材料，在机械力传感、智能显示以及机器人等领域具有广阔的应用前景。