Adhesive Ionohydrogels Based on Ionic Liquid/Water Binary Solvents with Freezing Tolerance for Flexible Ionotronic Devices

离子液体 材料科学 自愈水凝胶 纳米技术 化学工程 离子键合 聚合物 高分子化学 复合材料 化学 有机化学 离子 工程类 催化作用
作者
Xinrui Zhang,Chen Cui,Sheng Chen,Lei Meng,Haonan Zhao,Feng Xu,Jun Yang
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (3): 1065-1077 被引量:144
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.1c03386
摘要

Ionic hydrogels hold substantial promise as soft materials for achieving versatile wearable ionotronics due to the integrated merits of appropriate mechanical properties, excellent conductivity, and good conformability. However, overcoming freezing at subzero temperatures and hindering the evaporation of water are still huge challenges for ionic hydrogels. Herein, a dual-cross-linked ionohydrogel was designed using Al 3+ to cross-link with the polymer network through dynamic metal coordination bonds in the water and ionic liquid (IL) binary solvent system, allowing for excellent mechanical properties (∼1 MPa, ∼600%), transparency (>90%), high ionic conductivity (∼12.40 mS cm –1 ), and robust adhesion, along with the advantages of superior antifreezing and long-term antidehydration properties. These exceptional characteristics inspired us to fabricate dual-responsive sensors, which could simultaneously detect human motion signals and a wide range change of temperatures (from −30 to 40 °C) with an impressive temperature coefficient of resistance (TCR) value (from −0.035 to −0.44 °C –1 ). More promisingly, benefiting from the superior interfacial adhesion between the poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and the ionohydrogels, a triboelectric nanogenerator was assembled with a single-electrode mode that was capable of providing sustainable energy for wearable ionotronic devices even at subzero temperatures. This work opens up an effective strategy to design a multifunctional ionohydrogel, enabling various applications integrated into the single device.
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