Phytic acid extracted cellulose nanocrystals for designing self-healing and anti-freezing hydrogels’ flexible sensor

自愈水凝胶 植酸 自愈 纤维素 纳米晶 材料科学 化学工程 化学 高分子化学 纳米技术 食品科学 工程类 医学 替代医学 病理
作者
Chenglin Yang,Jiarui Liu,Pengxiao Liu,Wenxiang Wang,Hou Chen,Liangjiu Bai,Huawei Yang,Lixia Yang,Donglei Wei
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:493: 152276-152276 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.152276
摘要

Phytic acid (PA), a naturally occurring organic acid, has been extensively researched in various fields such as flame retardants, electroactive materials, metal coatings and flexible sensors. This study proposes a method for extracting cellulose nanocrystals (CNCs) utilizing PA and ingeniously applies them to hydrogels, endowing the hydrogels with exceptional mechanical properties, anti-freezing capabilities and high electrical conductivity. First of all, the CNCs@PA and PA were integrated into a multi-component network consisting of hyperbranched polyethyleneimine (HPEI), polyvinyl alcohol (PVA), and zinc chloride (ZnCl2), and their complex interactions resulted in the formation of a robust three-dimensional structure. Consequently, the hydrogels formed after just a single freeze–thaw cycle exhibited exceptional mechanical properties (2.6 MPa) and a significant self-healing ability (92.3 %). Moreover, the strategic addition of PA to the hydrogels effectively immobilizes H2O, providing anti-freeze properties and enabling the hydrogels to maintain their structure and performance even at −20.0 ℃. Notably, following hydrolysis, PA generates a substantial number of hydrogen ions, markedly enhancing the conductivity (2.3 S/m) and a sensitivity gauge factor (GF = 2.5) of the hydrogels. This work offers a cost-effective, eco-friendly, and scalable method for the manufacturing of nanomaterials, and opens new avenues for creating anti-freeze wearable flexible sensors.
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