Mussel inspired Cu-tannic autocatalytic strategy for rapid self-polymerization of conductive and adhesive hydrogel sensors with extreme environmental tolerance

单宁酸 自愈水凝胶 纳米纤维 聚合 材料科学 聚丙烯酰胺 水溶液中的金属离子 纳米技术 化学工程 聚合物 高分子化学 化学 复合材料 金属 工程类 有机化学 冶金
作者
Shiyu Zong,Hui Lv,Chuanjie Liu,Liwei Zhu,Jiufang Duan,Jianxin Jiang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:465: 142831-142831 被引量:100
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142831
摘要

Conductive hydrogels have broad application prospects in skin sensors and biomedical monitoring. However, the time-consuming and energy-consuming polymerization process and functional declination in harsh environments hinder its practical application. Herein, highly ionic conductive hydrogels with adhesiveness, flexibility, water-retention and anti-freezing properties are fabricated by a facile and rapid strategy through the combination of tannic acid coated cellulose nanofibers (TA@CNF), metal ion Cu2+, glycerol and polyacrylamide (PAM) chains. Interestingly, the reversible redox catalytic system constructed by TA and Cu2+ in an alkaline environment can significantly shorten the time required (<1 min) for hydrogel polymerization at room temperature. Meanwhile, hydrogen bonds between glycerol and water molecules elevate hydrogel environmental tolerance (-20 to 60 °C), endowing them with excellent flexibility and reproducible adhesion in a long-term usage environment. CNFs, as nano-reinforcements, construct a three-dimensional network structure with PAM for energy dissipation through multiple bonding and endowing the hydrogel with excellent mechanical strength (156.4 kPa) and stretchability (1624.8 %) while providing a tough and stable electron transport network for copper ions, which in turn exhibits excellent electrical conductivity (43.6 mS/m). Obviously, this strategy of preparing multifunctional hydrogels based on catechol metal ion rapid catalytic system will provide a new way for the design and development of advanced skin sensors.
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