Strong and Tough Conductive Organo‐Hydrogels via Freeze‐Casting Assisted Solution Substitution

自愈水凝胶 材料科学 羧甲基纤维素 韧性 聚乙烯醇 铸造 复合材料 电导率 化学工程 导电体 纳米技术 高分子化学 化学 冶金 物理化学 工程类
作者
Xinyu Dong,Xiao Guo,Quyang Liu,Yijing Zhao,Haobo Qi,Wei Zhai
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (31) 被引量:117
标识
DOI:10.1002/adfm.202203610
摘要

Abstract High strength, toughness, and conductivity are among the most sought‐after properties of flexible electronics. However, existing engineering materials find it difficult to achieve both excellent mechanical properties and high conductivity. To address this challenge, this study proposes a facile yet versatile strategy for preparing super‐tough conductive organo‐hydrogels via freeze‐casting assisted solution substitution (FASS). This FASS strategy enables the formation of organo‐hydrogels in one step with exquisite hierarchical anisotropic structures coupled with synergistic strengthening and toughening effects across multiple length scales. As an exemplary material, the prepared polyvinyl alcohol (PVA) organo‐hydrogel with solvent content up to 87 wt% exhibits a combination of high strength (6.5 MPa), high stretchability (1710% in strain), ultra‐high toughness (58.9 MJ m −3 ), as well as high ionic conductivity up to 6.5 S m −1 with excellent strain sensitivity. The exceptional combination of mechanical properties and conductivity makes the PVA organo‐hydrogel a promising flexible electronics material. In addition, the FASS strategy can also endow hydrogels with multi‐functions, including thermo‐healability, freezing tolerance and shape recoverability, and can be applied to various hydrogel materials, such as carboxymethyl cellulose, sodium alginate, and chitosan. Hence, this work provides an all‐around solution for preparing advanced strong and tough conductive soft materials for a multitude of applications.
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