Antisolvent Engineering Enabled Stretchable and Transparent Thermogalvanic Hydrogels with High Thermoelectric Properties

材料科学 自愈水凝胶 离子键合 离子电导率 化学工程 离子液体 塞贝克系数 热电效应 纳米技术 氢键 多孔性 延伸率 聚合物 限制 水溶液 电导率 离子强度 电阻率和电导率 混溶性 增塑剂 人工肌肉
作者
Zhuo Liu,Xinyue Hu,Fan Xu,Haijie Zhao,Junxiang Tang,Xinyi Chen,Xiang Wei,Yangfan Song,Jin Yan,Hongwei Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78319
摘要

ABSTRACT Ionic thermogalvanic hydrogels with high ionic thermopower are promising for wearable power supply. However, due to the presence of solid network, their ionic conductivities are still low, limiting their power densities. Herein, a facile and effective enhancement strategy on ionic conductivities and thus ionic thermoelectric properties of PVA(poly(vinyl alcohol))/CMC(carboxymethyl cellulose) hydrogels is proposed through antisolvent engineering. An antisolvent (ethanol) of PVA is introduced into PVA/CMC precursor solution prior to the hydrogel formation, which can change the conformation of PVA and CMC molecular chains as well as hydrogen bond network of prepared hydrogel. It can decrease PVA crystalline domains, and present higher water content and more sub‐micron porous structure through freeze‐thaw cycles to form stretchable and transparent hydrogel with faster ionic transport. This PVA/CMC hydrogel with antisolvent engineering presents the high ionic conductivity of 57.9 mS cm −1 and elongation at beak of 256%, which are 3.75 and 1.8 times higher than pristine hydrogel, respectively. This boosts its P max /∆ T 2 to a high value of 0.67 mW m −2 K −2 , higher than that of most PVA hydrogels. During this configuration with 27 hydrogels, it can output a high voltage of 718.1 mV under 10 K temperature difference, which is potential for wearable power supply.
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