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A Silk Nanofiber‐Mediated Controlled Swelling‐Locking Strategy for Tough, Anti‐Swelling Hydrogels Toward Underwater Sensing

材料科学 自愈水凝胶 聚吡咯 纳米纤维 肿胀 的 单体 纳米技术 聚苯胺 复合材料 聚合 化学工程 韧性 原位聚合 导电体 标度系数 导电聚合物 水溶液 丝绸 静电纺丝 水下 聚合物 制作 聚乙烯醇 纳米棒 模数 原位
作者
Qi Wu,Ruixi Shao,Tongfan Zheng,Jiangfeng Cai,Zongpu Xu,Yajun Shuai,Jie Wang,Quan Wan,Chuanbin Mao,Mingying Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78539
摘要

ABSTRACT Conductive hydrogels are promising for wearable sensors in human motion detection owing to their skin‐like softness, strain sensitivity, and biocompatibility. However, their practical application in aqueous environments is severely hindered by swelling‐induced mechanical deterioration and electrical instability. Herein, a tough, anti‐swelling conductive hydrogel for underwater sensing is reported, enabled by a “silk nanofiber‐mediated controlled‐swelling‐locking” (SNF‐CSL) strategy. In this approach, silk nanofibers (SNFs) are incorporated into a polyvinyl alcohol (PVA) matrix, followed by controlled swelling in a pyrrole solution to facilitate uniform monomer diffusion and adsorption onto SNFs. Subsequent ammonium persulfate‐initiated oxidative polymerization induces in situ formation and structural locking of a continuous polypyrrole (PPy) network, effectively stabilizing the swollen hydrogel configuration. The resulting PVA/SNF/PPy hydrogel exhibits skin‐matching Young's modulus (130.5 kPa), exceptional toughness (0.46 MJ m − 3 ), and excellent anti‐swelling stability (equilibrium swelling ratio of 3.9%). As a strain sensor, the hydrogel demonstrates high sensitivity (gauge factor of 2.14), fast response (20 ms), and durable performance over 1000 cycles, while enabling Morse code communication under aquatic environments. This work establishes a simple and broadly applicable strategy for designing robust anti‐swelling hydrogel sensors tailored for aquatic applications.
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