Anti-freezing and self-healing nanocomposite hydrogels based on poly(vinyl alcohol) for highly sensitive and durable flexible sensors

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作者
Yu Nie,Dongqi Yue,Wenmei Xiao,Wenxiang Wang,Hou Chen,Liangjiu Bai,Lixia Yang,Huawei Yang,Donglei Wei
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:436: 135243-135243 被引量:93
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.135243
摘要

For the new generation of wearable flexible electronic devices, it is urgent to achieve higher requirements for the realization of anti-freezing properties. Herein, a strategy was successfully designed to fabricate flexible sensors that could withstand at −30 °C. Functional poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) were successfully grafted onto the surface of cellulose nanocrystals (CNCs) by electrostatic interaction. As biomass acid, phytic acid (PA) with anti-freezing properties were further introduced as crosslinking agents, poly(vinyl alcohol) (PVA)/[email protected]/PA (PCP) nanocomposite hydrogels were successfully fabricated through facile freeze–thaw cycle in the water/glycerol binary solvent system. With the increase of PA ratio, the anti-freezing performance of hydrogels is improved obviously. The obtained hydrogels still maintain favorable mechanical strength (1.0 MPa) and self-healing efficiency (85.0%) after healing about 4 h at −30 °C. Hydrogels based flexible sensors exhibit fast response time (310.0 ms), wide strain detection range (0.0 ∼ 600.0%), excellent stability and fatigue resistance, which can also perform excellent human motion signal detection tasks even at −30 °C for 24 h. This work paves the way for the application of wearable flexible electronic devices in extreme climate areas.
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