A Multifunctional MWCNTs‐Reinforced Chitosan–Gelatin Conducting Hydrogel for Triboelectric Nanogenerator and Artificial Opto‐Electronic Synapse Applications

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作者
Niloy Mridha,Megha Garg,Umakanta Patra,Aswani Yella,Prasanna Kumar S. Mural
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (49): e74521-e74521
标识
DOI:10.1002/smll.74521
摘要

ABSTRACT Hydrogel systems uniting electrical conductivity, sensory responsiveness, and mechanical integrity are emerging as foundational building blocks for next‐generation bioinspired electronics. Triboelectric nanogenerators (TENGs) represent a particularly attractive avenue for recovering ambient mechanical energy, while optoelectronic neuromorphic synapses offer energy‐efficient, in‐sensor optical processing reminiscent of biological visual pathways. In this work, a chitosan–gelatin (CSG) conducting hydrogel is prepared via solution casting and reinforced with carboxyl‐functionalized MWCNTs and NaCl. The functionalized nanotube network establishes strong interfacial interactions within the biopolymer matrix, yielding a material with controlled swelling behavior, adequate mechanical resilience with favorable viscoelastic characteristics. The concurrent ionic–electronic transport pathways and elevated charge mobility underpin a well‐defined structure–property relationship, translating directly into efficient mechanical‐to‐electrical energy conversion. The fabricated TENG achieves an open‐circuit voltage of ∼398 V, short‐circuit current of ∼96 µA, and power density of ∼132.91 µW/cm 2 , maintaining stable output over 10,000 mechanical cycles. The same hydrogel, configured as a two‐terminal optoelectronic device, reproduces key synaptic behaviors including short‐to‐long‐term memory transition (STM‐LTM) and paired‐pulse facilitation (PPF) of ∼120% under optical stimulation. Collectively, this bio‐derived hydrogel platform bridges triboelectric energy harvesting and neuromorphic optoelectronic sensing within a unified material system, charting a viable course toward self‐powered, brain‐inspired sensory electronics.
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