（1）高性能自修复材料及自修复机理研究

自修复材料研究中存在着力学性质和自修复性质之间难以兼顾的难题。往往力学性质好的材料不能自修复，而能够自修复材料力学性质又不好。原因在于材料的机械力学性质和自修复性质在某种意义上而言是相互矛盾的。为了人类和自然的可持续发展，我们受到生物组织在破坏后可以自愈合的启发，引入可逆动态键，突破了自修复效率和材料性能不能兼顾的世界性难题，制得高性能自修复材料。此外，我们还采用固体核磁和荧光能量转移等分析自修复材料在修复过程的分子运动、网络结构和性能等的演变，揭示自修复材料的自修复机理。

（2）仿生弹性体材料

自然界中，含羞草和变色龙具有典型的智能响应行为。材料界，也存在能对外部环境因素如温度、光、电场或磁场以及化学物质等刺激做出反应的材料，统称智能响应材料。本课题组在弹性体材料中构建硬质亲水的微观骨架结构，成功制备了具有湿度响应弹性体，并采用该材料做出了仿蠕虫爬行的湿度驱动机器人以及可以智能控制温湿度的湿度开关。课题组研究发现龙虾关节膜具有胆甾型液晶的微观结构，使其成为自然界一种强韧的水凝胶材料，通过材料微观结构设计，克服了材料强度与韧性之间的矛盾，制备了兼具高强、高韧和抗缺陷的仿生材料。

（3）天然橡胶生物合成及精准仿生合成

天然橡胶具有优异的综合性能，目前还没有任何一种合成橡胶能够与之匹敌，因此，天然橡胶成为继石油、铁矿和有色金属之后的第四大战略资源。为了揭示橡胶树合成天然橡胶的奥秘，我们对天然橡胶中蛋白质和磷脂等成分进行分析，揭示了其与橡胶烃形成的天然网络结构，及天然网络对天然橡胶性能的重要影响。为了对天然橡胶的分子结构进行仿生合成，我们克服了极性单体难以进行配位共聚的世界性难题，在国际上首次在橡胶分子链上引入多肽和磷脂等功能性结构，制得高性能的仿生合成橡胶。

（4）高性能水凝胶材料

水凝胶（Hydrogel）一类有粘弹性软材料，它由三维（3D）亲水聚合物网络组成，这些亲水聚合物存在化学或物理上的交联，具有吸收和保留大量水的能力。由于水凝胶具有的独特“软湿”性能，使其在生物医药、组织工程、药剂学和油田等领域具有广阔的应用前景。我们通过设计多官能度交联剂，制备了高性能的粘弹性水凝胶，在胜利油田与三星堆文物保护上得到了实际应用，取得了巨大的经济效益。同时，我们也开展水凝胶在生物医用材料及自修复水凝胶材料的相关研究。

（5）油气田气井堵水材料

  天然气作为一种重要的能源，是关系到国家经济命脉和国家经济安全的重要战略资源。气井堵水材料能够有效降低地层水渗出，提高天然气采收率。总书记强调“要把论文写在祖国的大地上,把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中”。课题组目前已研发出了国际首例同时满足超低粘度，高强度和耐硫化氢的堵水材料，这对于降低我国对天然气进口的依赖具有重要意义。