Facile fabrication of strong and conductive cellulose hydrogels with wide temperature tolerance for flexible sensors

自愈水凝胶 材料科学 纤维素 离子电导率 极限抗拉强度 电导率 热稳定性 化学工程 制作 电解质 复合材料 纳米技术 高分子化学 化学 电极 工程类 物理化学 医学 替代医学 病理
作者
Lian Shu,Xiong‐Fei Zhang,Yufang Wu,Zhongguo Wang,Jianfeng Yao
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:240: 124438-124438 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.124438
摘要

Cellulose-based ionic conductive hydrogels (ICHs) have found extensive applications in flexible electronics and multifunctional sensors. However, simultaneous realization of sufficient conductivity, superior mechanical property and extreme environment tolerance for ICHs remains to be a huge challenge. In this work, a facile one-pot approach was developed to fabricate ICHs by directly dissolving cotton linter cellulose and polyvinyl alcohol (PVA) in a concentrated ZnCl2 solution. By regulating the content of PVA in ICHs, the optimal hydrogel (Gel-5) exhibits a tensile strength of 0.30 MPa, a compressive strength of 2.05 MPa and a conductivity of 8.16 S m-1. Moreover, the resulting dual-network ICHs present high transparency, good thermal reversibility and desirable ionic conductivity. Due to the high concentration of inorganic salts in the porous dual-network structure, the ICH presents good anti-drying and anti-freezing (as low as -90 °C) properties. Such hydrogel can be assembled into multi-functional sensors for human motion and temperature monitoring, and they demonstrate durable sensitivity, cycling stability in a wide operating temperature. This work will shed light on the design of cellulose-based hydrogels with good ionic conductivity and mechanical performance under extreme conditions.
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