An organo-hydrogel with extreme mechanical performance and tolerance beyond skin

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作者
Xinyu Dong,Xiao Guo,Quyang Liu,Haobo Qi,Guijin Zou,Tian Li,Huajian Gao,Wei Zhai
出处
期刊:Materials Today [Elsevier]
卷期号:72: 25-35
标识
DOI:10.1016/j.mattod.2023.11.014
摘要

Soft polymer gels encounter difficulties in meeting the demanding requirements of real-life applications due to the long-standing challenge to reproduce the excellent mechanical properties and multifunctionalities observed in natural soft tissues. Here, a skin-like hierarchically structured organo-hydrogel with an all-around performance that matches and outperforms mammalian skin is reported, including high stretchability of 2227% strain, remarkable strength of 20.78 MPa, record-breaking fracture toughness up to 260 MJ/m3, together with excellent resistance to fracture and fatigue (fatigue threshold over 30.4 kJ/m2), superior long-term stability and tolerance to freezing and elevated temperatures. It also shows high conductivity and excellent electrical sensing capability. The underlying synergistic multi-scale reinforcement mechanisms of the organo-hydrogel are also validated via molecular dynamics simulations and experimental results. Hence, this work formulates a model design applicable to various polymer gels to expand their potential in applications including flexible electronics, multi-functional bionic sensors, energy storage devices and soft robotics.
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