Multifunctional Organohydrogel-Based Ionic Skin for Capacitance and Temperature Sensing toward Intelligent Skin-like Devices

电容 材料科学 化学工程 离子键合 纳米技术 离子电导率 自愈水凝胶 溶剂 高分子化学 电解质 化学 工程类 离子 电极 有机化学 物理化学
作者
Wei Yuan,Lijing Xiang,Penghui Zhu,Yangyang Qian,Boxin Zhao,Gang Chen
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:33 (22): 8623-8634 被引量:54
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.1c01904
摘要

The ionic conducting hydrogel has attracted tremendous attention in fabricating flexible artificial skin-like devices. However, there are still unsolved challenges in hydrogel-based ionic skins, such as poor fulfillment of stretchability and compliance and weak interface interaction, as well as single sensory function. Herein, a high-performance organohydrogel-based ionic skin is facilely fabricated through one-step UV-initiated polymerization, in the presence of a polyacrylamide/cellulose nanofibril (PAAm/CNF) hybrid skeleton, a tannic acid (TA)-functionalized interface, and electrolytes (NaCl) dissolved in a glycerol–water binary solvent network. The design strategy demonstrates a profound synergistic effect of interpenetrating networks and interbonding structure in improving ultrastretchability (up to 1430%), suitable Young’s modulus (≈23 kPa), and high ionic conductivity (2.7 S m–1). Inspired by the adhesive mechanism of catechol groups in the mussel foot proteins, the TA component provides a durable interfacial contact (self-adhesiveness ≈ 103 N m–1) and unexpected UV-blocking capability (efficiency >99.9%). Moreover, by introducing a glycerol/water solvent system, the organohydrogel achieves desirable environmental stability. Furthermore, benefiting from the superior mechanical response and thermal perception capacities, our ionic skin can be assembled as capacitance sensors for real-life motion monitoring as well as thermistors for dynamic temperature detection.
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