Tough, Anti-Swelling Supramolecular Hydrogels Mediated by Surfactant–Polymer Interactions for Underwater Sensors

材料科学 自愈水凝胶 肿胀 的 肺表面活性物质 甲基丙烯酸酯 化学工程 水下 阳离子聚合 聚合物 极限抗拉强度 粘附 纳米技术 复合材料 共聚物 高分子化学 海洋学 地质学 工程类
作者
Chuyi Qi,Zhixian Dong,Yue-Kai Huang,Jinbao Xu,Caihong Lei
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (26): 30385-30397 被引量:110
标识
DOI:10.1021/acsami.2c06395
摘要

It is a great challenge for traditional hydrogel-based sensors to be effective underwater due to unsatisfactory water resistance and insufficient wet adhesion. Herein, a tough supramolecular hydrogel aiming at underwater sensing is prepared by the modification of hydrophilic poly(acrylic acid) (PAA) with a small amount of hydrophobic lauryl methacrylate (LMA) in the presence of high concentrations of the cationic surfactant cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). Owing to the synergistic effects of the electrostatic interactions and hydrophobic associations of CTAB with the P(AA-co-LMA) copolymer, the hydrogel with a water content of approximately 58.5 wt % demonstrates outstanding anti-swelling feature, superior tensile strength (≈1.6 MPa), large stretchability (>900%), rapid room-temperature self-recovery (≈3 min at 100% strain), and robust wet adhesion to diverse substrates. Moreover, the strain sensor based on the hydrogel displays keen sensitivity in a sensing range of 0-900% (gauge factor is 0.42, 3.44, 5.44, and 7.39 in the strain range of 0-100, 100-300, 300-500, and 500-900%, respectively) and pronounced stability both in air and underwater. Additionally, the hydrogel can be easily recycled by dissolving in anhydrous ethanol. This work provides a facile strategy to fabricate eco-friendly, tough supramolecular hydrogels for underwater sensing.
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