Silk Fibroin-Based Antifreezing and Highly Conductive Hydrogel for Sensing at Ultralow Temperature

丝素 材料科学 自愈水凝胶 丝绸 导电体 复合材料 高分子科学 化学工程 纳米技术 高分子化学 工程类
作者
Xiaotian Wang,Yaoyao Zhou,Xiufang Li,Mei Zou,Qiang Zhang,Weilin Xu,Yanfei Feng,Yingying Zhang,Renchuan You
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:10 (3): 2297-2308 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acssensors.4c03642
摘要

Hydrogels with a combination of mechanical flexibility and good electrical conductivity hold significant potential for various applications. Nonetheless, it is inevitable that water-based conductive hydrogels lose their elasticity and conductivity at extremely low temperatures, severely limiting their utilization in ultralow temperature environments, such as those for Arctic/Antarctic exploration. In this study, we developed a conductive hydrogel based on a double network cross-linking strategy that incorporated silk fibroin (SF) and poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) within a lithium bromide (LiBr) solution, which shows exceptional antifreezing (-108 °C freezing point) and excellent conductivity (16.33 S m-1). The obtained SF/PEDOT:PSS/LiBr (SPL) hydrogel shows a stable and reliable response to a wide range of deformations (compression: 0.5-60%; tensile: 1.0-100%), with a short response/recovery time of approximately 70 ms. More importantly, the hydrogel displays well-maintained conductivity, robust mechanical properties, and dependable sensing capabilities, even under temperatures as low as -80 °C. For proof of concept, we demonstrated the applications of the SPL hydrogel in detecting body movements, monitoring climate conditions, and ensuring information security in ultralow temperature environments. The results indicate that the antifreezing hydrogel is a promising candidate for fabricating flexible sensors, particularly well-suited for use in challenging ultralow temperature scenarios.
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