Fully Polymeric Conductive Hydrogels with Low Hysteresis and High Toughness as Multi‐Responsive and Self‐Powered Wearable Sensors

材料科学 自愈水凝胶 磁滞 韧性 可穿戴计算机 自愈 导电体 可穿戴技术 纳米技术 复合材料 高分子化学 计算机科学 嵌入式系统 医学 物理 替代医学 病理 量子力学
作者
Weiyi Wang,Pengshan Guo,Xin Liu,Meijun Chen,Jinghua Li,Zhigang Hu,Guangda Li,Chang Qi,Kunming Shi,Xinling Wang,Kun Lei
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (32) 被引量:141
标识
DOI:10.1002/adfm.202316346
摘要

Abstract High mechanical strength, excellent toughness, low hysteresis, and robust resilience are of great importance for stretchable conductive hydrogels (CHs) to heighten their reliabilities for self‐powered sensing applications. However, it still remains challenging to simultaneously obtain the mutually exclusive performances. Herein, an intrinsically conductive and adhesive hydrogel is fabricated by one‐step radical polymerization of acrylamide (AAm), three hydroxy groups together clustered‐N‐[tris(hydroxymethyl)methyl]acrylamide (THMA), and cationic 1‐Butyl‐3‐Vinylimidazolium Bromide (ILs) dissolved in core‐shell structurally dispersed PEDOT:PSS (PP) solution. Owing to abundant clustered hydrogen bonds, electrostatic interactions between PILs chains and anionic PSS shells, and polymer chain entanglements, the CHs feature superior mechanical properties with a high tensile strength (0.25 MPa), fracture strain (1015%), fracture toughness (1.22 MJ m ‐3 ), fracture energy of 36.5 kJ m ‐2 and extremely low hysteresis (5%), and display excellent resilience and fatigue resistance. As a result, the CHs indicate excellent sensing properties with a gauge factor up to 10.46, a broad sensing range of strain (1‐900%) and pressure (0.05‐100 kPa), and fast responsive rate, thus qualifying for monitoring reliably and accurately large and tiny human movements in daily life. Moreover, the hydrogel‐assembled triboelectric nanogenerators (TENGs) exhibit excellent and stable electrical output performances, which are greatly promising in self‐powered flexible wearable electronics.
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