Synergistic strengthening of PVA ionic conductive hydrogels using aramid nanofibers and tannic acid for mechanically robust, antifreezing, water-retaining and antibacterial flexible sensors

自愈水凝胶 材料科学 单宁酸 纳米纤维 化学工程 芳纶 聚丙烯酸 极限抗拉强度 复合材料 电导率 氢键 聚合物 纳米技术 纤维 高分子化学 化学 有机化学 分子 物理化学 工程类
作者
Wanting Wu,Liyi Shi,Kunpeng Qian,Jianyu Zhou,Tingting Zhao,Sineenat Thaiboonrod,Miao Miao,Xin Feng
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:654 (Pt B): 1260-1271 被引量:89
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.10.127
摘要

Ion-conductive hydrogels with multi-functionality have gained significant attraction as flexible sensors in various fields such as wearable health monitoring and human motion detection, owing to their high ion conductivity, excellent flexibility and stretchability, and easy availability. In this work, multifunctional ion-conductive hydrogel with excellent mechanical properties, antifreezing properties, water retention and antibacterial performance was fabricated by the freeze-thaw crosslinking between polyvinyl alcohol (PVA) and aramid nanofibers (ANF), and the subsequent solution immersion crosslinking in a mixture of tannic acid (TA) and CaCl2 solution (DMSO/H2O as co-solvent). The rational engineering of a multi-spatial distributed hydrogen bond and Ca2+ coordination bond networks within the hydrogel led to a significant improvement in mechanical properties. Furthermore, through the introduction of TA and binary solvents (DMSO/H2O), the hydrogel had witnessed a substantial enhancement in its antimicrobial properties and water retention capacity. The resultant PAT5/CaCl2-5% (DMSO/H2O) hydrogel exhibited outstanding elongation at break (754.73%), tensile strength (6.25 MPa), electrical conductivity (3.09 S/m), which can be employed in flexible sensors to monitor real-time functional motion for human under diverse conditions. As such, this innovation opens up a novel pathway for envisioning flexible sensor devices, particularly in the realm of human activity monitoring.
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