Polymeric Complex-Based Transparent and Healable Ionogels with High Mechanical Strength and Ionic Conductivity as Reliable Strain Sensors

材料科学 乙烯醇 极限抗拉强度 离子电导率 电导率 复合材料 化学工程 离子液体 水溶液 电解质 聚合物 有机化学 物理化学 工程类 催化作用 化学 电极
作者
Dehui Weng,Fuchang Xu,Xiang Li,Siheng Li,Yang Li,Junqi Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (51): 57477-57485 被引量:120
标识
DOI:10.1021/acsami.0c18832
摘要

Transparent and healable ionogels with very high mechanical strength, ionic conductivity, and resilience were fabricated for use as strain sensors with satisfactory reliability. The ionogels were fabricated by casting an aqueous solution of poly(vinyl alcohol) (PVA)-poly(vinylpyrrolidone) (PVP) complexes and 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide ([EMIm][DCA]), followed by evaporation of water at room temperature. The use of [EMIm][DCA] endowed the resulting ionogels with ionic conductivity at room temperature as high as 19.7 mS cm-1. Owing to the synergy between the abundant number of hydrogen bonds between PVA and PVP and the crystallized PVA segments that served as nanofillers, the resulting ionogels had good mechanical properties with a tensile stress of 7.7 MPa, a strain of 821%, and good resilience. In addition, the resulting ionogels showed rapid and repeatable sensing signals over a wide strain range (0.1-400%). This enabled them to detect both vigorous muscle movements, such as walking and jumping, and subtle muscle movements, such as pulse. Moreover, owing to the reversibility of hydrogen bonds, physically damaged mechanical properties, conductivity, and sensing ability of the ionogels could be conveniently healed with the assistance of water.
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