Self-strengthening and conductive cellulose composite hydrogel for high sensitivity strain sensor and flexible triboelectric nanogenerator

摩擦电效应 材料科学 纳米发生器 复合数 复合材料 机械能 纤维素 纳米技术 压电 化学工程 量子力学 物理 工程类 功率(物理)
作者
Wenqing Sun,Xinyu Liu,Wenhui Hua,Shan Wang,Shaojun Wang,Juan Yu,Jifu Wang,Qiang Yong,Fuxiang Chu,Chuanwei Lu
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:248: 125900-125900 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.125900
摘要

Triboelectric nanogenerators (TENGs) as promising energy harvesting devices have gained increasing attention. However, the fabrication of TENG simultaneously meets the requirements of green start feedstock, flexible, stretchable, and environmentally friendly remains challenging. Herein, the hydroxyethyl cellulose macromonomer (HECM) simultaneously bearing acrylate and hydroxyl groups was first synthesized and used as a crosslinker to prepare the chemically and physically dual-crosslinked cellulose composite hydrogel for an electrode material of stretchable TENG. Meanwhile, the in-situ polymerization of pyrrole endowed the hydrogel with satisfactory conductivity of 0.40 S/m. More impressively, the synergies of the cellulose rigid skeleton and the construction of the dual-crosslinking network significantly improved the mechanical toughness, and the hydrogel exhibited excellent self-strengthening through cyclic compression mechanical training, the self-strengthening efficiency reached 124.7 % after 10 compression cycles. Given these features, the hydrogel was used as wearable strain sensors with extremely high sensitivity (GF = 3.95) for real-time monitoring human motions. Additionally, the hydrogel showed practical applications in stretchable H-TENG for converting mechanical energy into electric energy to light LEDs and power a digital watch, and in self-powered wearable sensors to distinguish human motions and English letters. This work provided a promising strategy for fabricating sustainable, eco-friendly energy harvesting and self-powered electronic devices.
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