Sodium carboxymethyl cellulose and MXene reinforced multifunctional conductive hydrogels for multimodal sensors and flexible supercapacitors

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作者
Hongyan Yin,Fangfei Liu,Tursun Abdiryim,Jiaying Chen,Xiong Liu
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:327: 121677-121677 被引量:94
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121677
摘要

With the growing demand for eco-friendly materials in wearable smart electronic devices, renewable, biocompatible, and low-cost hydrogels based on natural polymers have attracted much attention. Cellulose, as one of the renewable and degradable natural polymers, shows great potential in wearable smart electronic devices. Multifunctional conductive cellulose-based hydrogels are designed for flexible electronic devices by adding sodium carboxymethyl cellulose and MXene into polyacrylic acid networks. The multifunctional hydrogels possess excellent mechanical property (stress: 310 kPa; strain: 1127 %), toughness (206.67 KJ m−3), conductivity (1.09 ± 0.12 S m−1) and adhesion (82.19 ± 3.65 kPa). The multifunctional conductive hydrogels serve as strain sensors (Gauge Factor (GF) = 5.79, 0–700 % strain; GF = 14.0, 700–900 % strain; GF = 40.36, 900–1000 % strain; response time: 300 ms; recovery time: 200 ms) and temperature sensors (Temperature coefficient of resistance (TCR) = 2.5755 °C−1 at 35 °C- 60 °C). The sensor detects human activities with clear and steady signals. A distributed array of flexible sensors is created to measure the magnitude and distribution of pressure and a hydrogel-based flexible touch keyboard is also fabricated to recognize writing trajectories, pressures and speeds. Furthermore, a flexible hydrogel-based supercapacitor powers the LED and exhibits good cyclic stability over 15,000 charge-discharge cycles.
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