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

材料科学 弹性体 聚合物 聚合 丙烯酸酯 纳米技术 柔性电子器件 化学工程 单体 高分子化学 复合材料 工程类
作者
Hongying Wang,Baocheng Liu,Danyang Chen,Zhuoya Wang,Haolun Wang,Sheng Bao,Ping Zhang,Jianhai Yang,Wenguang Liu
出处
期刊:Materials horizons [The Royal Society of Chemistry]
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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