Super-stretching and high-performance ionic thermoelectric hydrogels based on carboxylated bacterial cellulose coordination for self-powered sensors

自愈水凝胶 材料科学 热电效应 塞贝克系数 离子键合 化学工程 离子电导率 热电材料 高分子化学 复合材料 电解质 离子 化学 有机化学 电极 热导率 物理化学 热力学 工程类 物理
作者
Luzheng Chen,Jiang Lou,Xuhui Rong,Zhuqing Liu,Qijun Ding,Xia Li,Yifei Jiang,Xingxiang Ji,Wenjia Han
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:321: 121310-121310 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121310
摘要

Self-powered sensors that do not require external power sources are crucial for next-generation wearable electronics. As environment-friendly ionic thermoelectric hydrogels can continuously convert the low-grade heat of human skin into electricity, they can be used in intelligent human-computer interaction applications. However, their low thermoelectric output power, cycling stability, and sensitivity limit their practical applications. This paper reports a 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical (TEMPO)-oxidized carboxylated bacterial cellulose (TOBC) coordination double-network ionic thermoelectric hydrogel with lithium bis(trifluoromethane) sulfonimide (LiTFSI) as an ion provider for thermodiffusion, as LiTFSI exhibits excellent thermoelectric properties with a maximum power output of up to 538 nW at a temperature difference of 20 K. The interactions between the ions and the hydrogel matrix promote the selective transport of conducting ionic ions, producing a high Seebeck coefficient of 11.53 mV K-1. Hydrogen bonding within the polyacrylamide (PAAm) network and interactions within the borate ester bond within the TOBC confer excellent mechanical properties to the hydrogel such that the stress value at a tensile deformation of 3100 % is reaches 0.85 MPa. The combination of the high ionic thermovoltage and excellent mechanical properties ionic thermoelectric hydrogels provides an effective solution for the design and application of self-powered sensors based on hydrogels.
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