凝胶的柔软性、力学性能、含水率、摩擦系数等特性使其在生物组织中具有广阔的应用前景。但是这种软材料在使用过程中产生的裂纹会影响其力学性能,进而缩短使用寿命。因此设计通过损伤引发自主修复的凝胶,从而提高凝胶材料的安全性和持续性具有重要意义。受生物学启发,利用动态非共价键、可逆动态共价键相互作用,将自修复(self-healing)概念应用于软材料的设计中具有仿生学意义,从而实现软材料的智能化。本文根据动态键型自修复凝胶的结构特征构建了凝胶断面的格气(lattice-gas)模型,进而利用Monte Carlo模拟方法对其自修复过程进行了研究。在具体的研究中,首先基于格气模型与Ising模型的等价性指出动态键型凝胶的自修复行为在本质上是一个相变过程,并以自修复过程中的比热变化予以证明,进而确定临界联结分数。在此基础上,模拟了不同条件下凝胶的自修复行为,重点考察了联结强度、合作效应以及断面间距对自修复行为的影响。基于以上研究结果,进一步探究了凝胶自修复的动态特征,模拟了凝胶自修复随时间的变化过程。结果表明,动态键型自修复凝胶的修复行为与这些因素密切相关。研究旨在揭示动态键型凝胶自修复行为的调控机制,为相关的材料设计提供可能的理论线索。本文共分为四个部分,主要内容如下:第1章:绪论。本章主要介绍了论文的研究背景和意义,具体包括自修复凝胶的分类、凝胶自修复机理的实验进展以及研究凝胶自修复的理论模型,同时介绍了研究中所使用的格气模型,并与Ising模型进行对比,指出二者在物理本质上的等价性。第2章:动态键型凝胶自修复行为的相变特征。基于格气模型与Ising模型的等价性指出动态键型凝胶的自修复行为在本质上是一个相变过程,并以自修复过程中的比热变化予以证明,进而确定临界联结分数。在此基础上,进一步模拟了不同条件下凝胶的自修复行为,重点考察了联结强度、合作效应以及断面间距对自修复行为的影响。第3章:动态键型凝胶自修复行为的动态特征。在探究凝胶相变本质以及自修复影响因素的基础上,研究了不同条件下凝胶自修复与时间的相关性。本章引入凝胶联结单元与未联结单元之间的相互作用,进而使得平均界面距离发生的改变,最终导致联结分数有所上升,统计达到临界联结分数所需要的Monte Carlo步,模拟了凝胶体系自修复的动态过程。在此基础上,进一步探究了联结强度、合作效应等因素对凝胶自修复所需时间的影响。第4章:总结与展望。对本文所做工作进行了总结,并对后续工作及相关领域的发展前景作了展望。