Muscle-Fiber-Inspired Solid-State Ionic Conductive Elastomers with High Strength, Toughness, and Self-Healing Capability

材料科学 人工肌肉 离子键合 弹性体 离子液体 离子电导率 韧性 纳米技术 导电体 极限抗拉强度 机械强度 泄漏(经济) 复合材料 机械能 共价键 聚合物 纳米复合材料 离子强度 灵敏度(控制系统) 蒸发 生物传感器 标度系数 抗撕裂性
作者
Xingshan Yin,Changran Su,Jianxin Wu,Yichuan Hu,Yingjuan Sun,Xiaofeng Lin,Wenjing Lin,Lei Ji,Guobin Yi
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (12): 9843-9855 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsapm.6c01578
摘要

Solid-state ionic conductors mitigate issues such as solvent evaporation and liquid leakage inherent in gel-based systems. However, achieving a synergistic combination of integrated performance properties─including excellent mechanical strength, high ionic conductivity, efficient self-healing capability, and long-term stability─remains a pressing challenge. Here, inspired by the architecture of muscle fibers, this work designed a dual network comprising dynamic boroxine covalent cross-links and a supramolecular network formed by acylsemicarbazide (ASC) hydrogen bonds. The resulting polyurethane-based solid-state ion-conductive elastomer (PUIL 0.3 ) demonstrated exceptional integrated performance, achieving a tensile strength of 38.10 MPa, a toughness of 289.42 MJ m –3, and a high ionic conductivity of 3.06 × 10 –5 S cm –1 . Additionally, PUIL 0.3 exhibits efficient self-healing performance, excellent tear resistance, recyclability, and long-term stability. The sensor fabricated from PUIL 0.3 achieves a high sensitivity (Gauge Factor = 6.58) over an ultrabroad strain range (0.1%–1000%). Moreover, PUIL 0.3 has been successfully applied in human motion monitoring and mechanical energy harvesting, demonstrating its potential as a multifunctional flexible device. Inspired by muscle fibers, the covalent–supramolecular dual-network strategy proposed in this study offers a universal and efficient approach for simultaneously enhancing the mechanical properties, conductivity, and environmental stability of polymer-based solid-state ionic conductors.
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