A highly conductive, robust, self-healable, and thermally responsive liquid metal-based hydrogel for reversible electrical switches

材料科学 自愈 导电体 复合材料 模数 压缩(物理) 智能材料 纳米技术 医学 替代医学 病理
作者
Joo Hyung Lee,Ji Eun Hyun,J.-S. Kim,Jungin Yang,Huanan Zhang,Hyunchul Ahn,Sohee Lee,Jung Han Kim,Taehwan Lim
出处
期刊:Journal of Materials Chemistry B [Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (21): 5238-5247 被引量:2
标识
DOI:10.1039/d4tb00209a
摘要

This study introduces a thermally responsive smart hydrogel with enhanced electrical properties achieved through volume switching. This advancement was realized by incorporating multiscale liquid metal particles (LMPs) into the PNIPAM hydrogel during polymerization, using their inherent elasticity and conductivity when deswelled. Unlike traditional conductive additives, LMPs endow the PNIPAM hydrogel with a remarkably consistent volume switching ratio, significantly enhancing electrical switching. This is attributed to the minimal nucleation effect of LMPs during polymerization and their liquid-like behavior, like vacancies in the polymeric hydrogel under compression. The PNIPAM/LMP hydrogel exhibits the highest electrical switching, with an unprecedented switch of 6.1 orders of magnitude. Even after repeated swelling/deswelling cycles that merge some LMPs and increase the conductivity when swelled, the hydrogel consistently maintains an electrical switch exceeding 4.5 orders of magnitude, which is still the highest record to date. Comprehensive measurements reveal that the hydrogel possesses robust mechanical properties, a tissue-like compression modulus, biocompatibility, and self-healing capabilities. These features make the PNIPAM/LMP hydrogel an ideal candidate for long-term implantable bioelectronics, offering a solution to the mechanical mismatch with dynamic human tissues.
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