Ultrastretchable, Tough, Antifreezing, and Conductive Cellulose Hydrogel for Wearable Strain Sensor

材料科学 自愈水凝胶 复合材料 电导率 纤维素 导电体 化学工程 高分子化学 工程类 物理化学 化学
作者
Daijun Chen,Xiaoli Zhao,Xinran Wei,Jialin Zhang,Dan Wang,Hao Lü,Pengxiang Jia
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (47): 53247-53256 被引量:181
标识
DOI:10.1021/acsami.0c14935
摘要

Conductive hydrogels have shown great potential in the field of flexible strain sensors. However, their application is greatly limited due to the low conductivity and poor mechanical properties at subzero temperatures. Herein, an ultrastretchable, tough, antifreezing, and conductive cellulose hydrogel was fabricated by grafting acrylonitrile and acrylamide copolymers onto the cellulose chains in the presence of zinc chloride using ceric ammonium nitrate as the initiator. The resulting hydrogel exhibited ultrastretchability (1730%), excellent tensile strength (160 kPa), high elasticity (90%), good toughness (1074.7 kJ/m3), and fatigue resistance property due to the existence of dipole-dipole and multiple hydrogen-bonding interactions on the hydrogel network. In addition, the introduced zinc chloride endowed the cellulose-based hydrogel with remarkable electric conductivity (1.54 S/m) and excellent antifreezing performance (-33 °C). Finally, the hydrogel showed high sensitivity and stability to monitor human activities. In summary, this work presented a facile strategy to construct conductive hydrogel with excellent antifreezing and mechanical properties simultaneously, which showed great potential for wearable strain sensors.
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