Low hysteresis zwitterionic supramolecular polymer ion-conductive elastomers with anti-freezing properties, high stretchability, and self-adhesion for flexible electronic devices

材料科学 弹性体 粘附 磁滞 聚合物 导电体 超分子化学 纳米技术 离子 复合材料 分子 化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Hongying Wang,Baocheng Liu,Danyang Chen,Zhuoya Wang,Haolun Wang,Siyu Bao,Ping Zhang,Jianhai Yang,Wenguang Liu
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:11 (11): 2628-2642 被引量:47
标识
DOI:10.1039/d4mh00174e
摘要

The fabrication of stretchable ionic conductors with low hysteresis and anti-freezing properties to enhance the durability and reliability of flexible electronics even at low temperatures remains an unmet challenge. Here, we report a facile strategy to fabricate low hysteresis, high stretchability, self-adhesion and anti-freezing zwitterionic supramolecular polymer ion-conductive elastomers (ICEs) by photoinitiated polymerization of aqueous precursor solutions containing a newly designed zwitterionic monomer carboxybetaine ureido acrylate (CBUIA) followed by solvent evaporation. The resultant poly(carboxybetaine ureido acrylate) (PCBUIA) ICEs are highly stretchable and self-adhesive owing to the presence of strong hydrogen bonds between ureido groups and dipole-dipole interactions of zwitterions. The zwitterion groups on the polymer side chains and loaded-lithium chloride endow PCBUIA ICEs with excellent anti-freezing properties, demonstrating mechanical flexibility and ionic transport properties even at a low temperature (-20 °C). Remarkably, the PCBUIA ICEs demonstrate a low hysteresis (≈10%) during cyclic mechanical loading-unloading (≤500%), and are successfully applied as wearable strain sensors and triboelectric nanogenerators (TENGs) for energy harvesting and human motion monitoring. In addition, the PCBUIA ICE-based TENG was used as a wireless sensing terminal for Internet of Things smart devices to enable wireless sensing of finger motion state detection.
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