Fabrication of a High-Strength, Tough, Swelling-Resistant, Conductive Hydrogel via Ion Cross-Linking, Directional Freeze-Drying, and Rehydration

自愈水凝胶 材料科学 肿胀 的 极限抗拉强度 复合材料 韧性 导电体 离子强度 化学工程 高分子化学 水溶液 化学 工程类 物理化学
作者
Jinni Luo,Huanxia Wang,Jinfei Wang,Chen Yuan,Chenglong Li,Kejun Zhong,Jie Xiang,Pengxiang Jia
出处
期刊:ACS Biomaterials Science & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:9 (5): 2694-2705 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acsbiomaterials.2c01520
摘要

Conductive hydrogels have been in huge demand in biomedical and wearable electronics. However, the application of traditional conductive hydrogels is largely limited due to their poor mechanical properties. Here, a conductive hydrogel with excellent mechanical strength and swelling resistance properties is prepared by ion cross-linking, directional freeze-drying, and rehydration. First, the acrylamide and acrylic acid are polymerized in the κ-carrageenan solution to form the hydrogel. Then, the obtained hydrogel is cross-linked with Fe 3+ by soaking in ferric chloride solution. Finally, the ionic cross-linked hydrogels are reinforced by directional freeze-drying and rehydration. The resulting hydrogel has excellent tensile strength (5.67 MPa) and high toughness (7.63 MJ/m 3 ). It is worth noting that the hydrogel also had excellent anti-swelling properties. Its mechanical strength and volume almost show no changes after soaking in deionized water for 40 days. In addition, the hydrogel exhibits good ionic conductivity (0.091 S/m), high sensitivity, and excellent stability when applied as a strain sensor. This work proposes a simple method to fabricate a conductive hydrogel with great mechanical properties and swelling resistance, which displays huge potential in varied fields.
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