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Multiple-Stimuli-Responsive and Cellulose Conductive Ionic Hydrogel for Smart Wearable Devices and Thermal Actuators

材料科学 智能材料 人工肌肉 双层 执行机构 纳米技术 自愈水凝胶 高分子化学 计算机科学 化学 人工智能 生物化学
作者
Zhe Chen,Jing Liu,Yujie Chen,Zheng Xu,Hezhou Liu,Hua Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (1): 1353-1366 被引量:125
标识
DOI:10.1021/acsami.0c16719
摘要

Stimulus-responsive hydrogels, such as conductive hydrogels and thermoresponsive hydrogels, have been explored extensively and are considered promising candidates for smart materials such as wearable devices and artificial muscles. However, most of the existing studies on stimulus-responsive hydrogels have mainly focused on their single stimulus-responsive property and have not explored multistimulus-responsive or multifunction properties. Although some works involved multifunctionality, the prepared hydrogels were incompatible. In this work, a multistimulus-responsive and multifunctional hydrogel system (carboxymethyl cellulose/poly acrylic-acrylamide) with good elasticity, superior flexibility, and stable conductivity was prepared. The prepared hydrogel not only showed excellent human motion detection and physiological signal response but also possessed the ability to respond to environmental temperature changes. By integrating a conductive hydrogel with a thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) hydrogel to form a bilayer hydrogel, the prepared bilayer also functioned as two kinds of actuators owing to the different degrees of swelling and shrinking under different thermal stimuli. Furthermore, the different thermochromic properties of each layer in the bilayer hydrogel endowed the hydrogel with a thermoresponsive “smart” feature, the ability to display and conceal information. Therefore, the prepared hydrogel system has excellent prospects as a smart material in different applications, such as ionic skin, smart info-window, and soft robotics.
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