Biomimic Conductive Hydrogel Based on Polyphenol-Modified Cellulose Nanocrystals for Flexible Mechano-sensors

材料科学 自愈水凝胶 表面改性 纳米技术 人工肌肉 纳米晶 极限抗拉强度 韧性 制作 复合材料 导电体 纳米纤维 纤维素 离子键合 复合数 粘附 纳米复合材料 纳米棒 联轴节(管道) 柔性电子器件 机械强度 纳米颗粒 生物相容性 可伸缩电子设备 纳米材料 延伸率 聚合物 生物材料 静电纺丝
作者
Bin Yang,Longfei Jiang,Songteng Luo,Yuan Yao,Yuanyuan Cao,Yongsheng Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (3): 5835-5848 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.5c18390
摘要

Excellent mechanical properties and force–electric coupling are essential for flexible conductive hydrogels, enabling their applications in soft robotics, wearable sensors, and human–machine interfaces. However, such hydrogels often face a fundamental trade-off between mechanical strength and electrical sensitivity. Inspired by the “soft–hard” architecture strategy in biological mechanical tissues and mussel-inspired multimode interacting mechanisms, we report the fabrication of a composite conductive hydrogel with enhanced mechanical strength, fatigue resistance, universal surface adhesion, and highly sensitive mechano-sensing capabilities by incorporating tannic acid-modified cellulose nanocrystals (CNC@TA) into an interpenetrating polyacrylamide/poly(vinyl alcohol)/poly(acrylic acid)/Al3+ multinetwork hydrogel matrix. The TA functionalization provides the CNCs with abundant cross-linking and interaction sites, enabling strong bonding with the surrounding matrix through physical entanglements, hydrogen bonding, π–π stacking, and coordination interactions. The hydrogel exhibits universal adhesion to various substrates and achieves well-performed mechanical property with elongation up to 765%, tensile strength around 83 kPa, and toughness around 276 kJ/m3. Simultaneously, the coordinated Al3+ ions provide the hydrogel with excellent ionic conductivity and a high strain sensitivity (gauge factor of up to 2.7). With superior mechanical properties and force–electric coupling performance, this hydrogel holds broad application potential in flexible electronics, human–machine interaction devices, and biomimetic materials.
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