Hydrated Deep Eutectic Solvent Conductive Gels with Freeze-Resistance and Water-Free Conductivity for Flexible Sensors

材料科学 电导率 导电体 共晶体系 化学工程 电阻率和电导率 深共晶溶剂 复合材料 溶剂 有机溶剂 热传导
作者
Guojing Chen,S Y Wang,Ying Liu,Jiaying Fan,Jing Wei,Chunpeng Chai
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (15): 12759-12771 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsapm.6c01915
摘要

Abstract Conductive hydrogels used in flexible sensors commonly suffer from poor freeze resistance, susceptibility to water loss, and low sensitivity. To address these issues, this study employed a cyclic freeze–thaw method to incorporate a urea/choline chloride deep eutectic solvent into a poly(vinyl alcohol) (PVA)/sodium alginate (SA) double-network structure, thereby developing an ionic gel based on a hydrated low-eutectic solvent. This U-DES forms strong hydrogen bonds with water molecules (binding energy: −20.2 kcal/mol), converting free water into nonfreezing bound water. Consequently, it completely suppresses ice crystal formation (no ice-melting peak) at temperatures above −60 °C and endows the material with excellent water-retention capacity. Simultaneously, the DES provides abundant ion carriers (Cl–, choline+), endowing the hydrogel with stable electrical conductivity. The resulting PSU-4 hydrogel exhibits balanced mechanical properties: tensile strength of approximately 0.13 MPa, elongation at break of approximately 500%, and maintains good fatigue resistance even after 200 cycles at 50% strain. As a strain sensor, the PSU-4 hydrogel exhibits linear response within a strain range of 0.5–200% (GF = 0.01925, R2 = 0.98998), with rapid and repeatable signal response. Demonstrated applications include real-time monitoring of wrist and finger movements, as well as encoding gestures into Morse code (e.g., “SOS” and “YES”). This work provides a simple and effective strategy for overcoming key limitations of conventional hydrogels in the field of flexible wearable electronics.
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