Nanocellulose-enhanced organohydrogel with high-strength, conductivity, and anti-freezing properties for wearable strain sensors

电导率 材料科学 极限抗拉强度 纳米纤维素 离子电导率 化学工程 离子强度 复合材料 聚合 导电体 水溶液 纤维素 高分子化学 化学 聚合物 电解质 有机化学 物理化学 工程类 电极
作者
Yanpeng Cheng,Junjiao Zang,Xin Zhao,Hang Wang,Yingcheng Hu
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:277: 118872-118872 被引量:76
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2021.118872
摘要

The use of ion-conductive hydrogels in strain sensors with high mechanical properties, conductivity, and anti-freezing properties is challenging. Here, high-strength, transparent, conductive, and anti-freezing organohydrogels were fabricated through the radical polymerization of polyacrylamide (PAM)/sodium alginate (SA)/TEMPO-oxidized cellulose nanofibrils (TOCNs) in a dimethyl sulfoxide (DMSO)/water solution, followed by soaking in a CaCl2 solution. The resulting organohydrogels demonstrated a high strength (tensile strength of 1.04 MPa), stretchability (681%), transparency (>84% transmittance), and ionic conductivity (1.25 S m-1). The organohydrogel-based strain sensor showed a high strain sensitivity (GF = 2.1). In addition, due to a synergistic effect between the DMSO/H2O binary solvent and CaCl2, the organohydrogel remained flexible (could bend 180°) and conductive (1.01 S m-1) at -20 °C. Interestingly, the TOCNs exerted a reinforcing effect on both the mechanical properties and ionic conductivity. This research provides a novel strategy to prepare ion-conductive organohydrogels with good mechanical properties, conductivity, and anti-freezing properties for use as flexible electronic materials.
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