Triple physical cross-linking cellulose nanofibers-based poly(ionic liquid) hydrogel as wearable multifunctional sensors

材料科学 纳米纤维 离子液体 可穿戴计算机 自愈水凝胶 纤维素 化学工程 高分子化学 高分子科学 纳米技术 化学 计算机科学 有机化学 工程类 嵌入式系统 催化作用
作者
Dong Fu,Yang Xie,Lili Zhou,Lili Zhang,Ting Zheng,Jun Shen
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:325: 121572-121572 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121572
摘要

A novel triple physical cross-linking poly(ionic liquid) hydrogel, composed of poly(acrylamide-co-dodecyl methacrylate-co-1-vinyl-3-methyluracil-imidazolium chloride)/cellulose nanofibers-Ca2+ (PADV/CNFs-Ca2+), was synthesized through micellar-copolymerization followed by a solvent-soaked procedure. The synergistic interactions in polymer network (i.e. the hydrophobic association of dodecyl methacrylate moiety in surfactant micelles, the hydrogen bondings between imidazolium monomer segments and other monomer segments in polymers, and the ionic coordination between Ca2+ and -COO- on cellulose nanofibers surface) endowed the hydrogel with excellent mechanical properties, including high strength (754 kPa of tensile strength and 1905 kPa of compressive strength), outstanding stretchability (1963 %), elastic modulus (56.5 kPa) and remarkable mechanical durability (200 cycles with 500 % deformations and 100 cycles at 50 % compression strain). Besides, this hydrogel exhibited other advantages, such as satisfied conductivity (28.7 mS/cm), high strain/pressure/temperature-sensitive behavior, precise and stable signal transmission, varying degrees of antibacterial activity, and biocompatibility. Owing to the exceptional comprehensive performance, the hydrogel was then assembled as a multifunctional sensor to monitor the joint motion, vocal cord vibration, tactile sensation and body temperature with remarkable sensitivity in real time. This work offered a new strategy for the fabrication of durable, biocompatible, antibacterial and conductive materials for wearable multifunctional electronic devices.
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