Highly stretchable, environmentally stable, self-healing and adhesive conductive nanocomposite organohydrogel for efficient multimodal sensing

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作者
Hongling Sun,Yupan Han,Mengjie Huang,Jianwei Li,Ziyu Bian,Yalong Wang,Hu Liu,Chuntai Liu,Changyu Shen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:480: 148305-148305 被引量:63
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.148305
摘要

Conductive hydrogel (CH) has drawn widespread interest in flexible electronics, human–computer interaction, and electronic skins (e-skins). However, it is challenging to integrate satisfactory self-adhesion, self-healing, environmental stability, and multi-stimulus response into a single CH system. Herein, a conductive nanocomposite organohydrogel with the above characteristics is well-designed and developed via incorporating carboxylic cellulose nanofibers-carrying carboxylic carbon nanotubes (C-CNTs) and phytic acid (PA) into polyacrylamide network through free-radical polymerization plus glycerol solvent displacement strategy, aiming for a high-performance multimodal sensing platform. Here, the coupling of C-CNTs and ionization of PA contributes a favorable conductivity, and the coexistence of glycerol and PA is beneficial for the formation of amounts of hydrogen bonds that endow the organohydrogel with outstanding stretchability, self-healing, and favorable adhesion in a wide temperature range of −30 to 60 °C. Besides, the resultant organohydrogel can effectively detect multiple external stimuli, manifesting high strain sensitivity over a broad strain range (0–1566 %), good humidity detectability at 0–85 % RH, and reliable thermosensation capability over a wide temperature window (−30 to 60 °C). Significantly, the application of the organohydrogel as e-skins are conducted to detect full-range human activity movements even in the extreme environments, identify hand gestures, and recognize the spatial distribution of humidity in noncontact sensing. All these indicate the preponderance of our organohydrogel in the fields of flexible smart electronics.
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