Tough and Stretchable Dual Ionically Cross-Linked Hydrogel with High Conductivity and Fast Recovery Property for High-Performance Flexible Sensors

材料科学 自愈水凝胶 极限抗拉强度 复合材料 韧性 标度系数 电导率 可伸缩电子设备 离子电导率 制作 数码产品 电极 高分子化学 电解质 病理 物理化学 化学 替代医学 医学
作者
Yongzhi Liang,Lina Ye,Xingyue Sun,Qiong Lv,Haiyi Liang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (1): 1577-1587 被引量:149
标识
DOI:10.1021/acsami.9b18796
摘要

As a kind of typical soft and wet material, hydrogel has been increasingly investigated as another way to develop flexible electronics. However, the traditional hydrogel with poor strain and strength performance cannot meet the requirements for stretchable electronics; fabricating a stretchable hydrogel with balanced tensile strength, toughness, and conductivity is still a big challenge. Herein, a new type of physically cross-linked hydrogel with poly(acrylamide- co -acrylic acid)-Fe 3+ and chitosan-SO 4 2– dual ionic networks via facile free radical polymerization and soaking processes is developed to fabricate excellent high-performance flexible sensors. The abundant Fe 3+ and SO 4 2– ions in the hydrogel can not only construct tough and strong dual ionic networks but also give the hydrogel high conductivity. Consequently, the optimal hydrogel possesses high tensile strength (∼5.1 MPa), large strain capacity (∼1225%), elasticity (∼1.13 MPa), high toughness (∼32.1 MJ/m 3 ), and high conductivity (3.04 S/m at f = 0.1M), as well as rapid self-recovery property. Furthermore, the hydrogel conductor has high stretching sensitivity with a gauge factor of 6.0 at strain of 700% and was able to detect conventional motions of the human body such as the motions of the knuckle, speaking, and swallowing, which indicates that our ionic conductive hydrogels can be used to fabricate excellent high-performance flexible sensors.
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