Nanocomposite conductive tough hydrogel based on metal coordination reinforced covalent Pluronic F-127 micelle network for human motion sensing

材料科学 纳米复合材料 标度系数 共价键 泊洛沙姆 极限抗拉强度 复合材料 自愈水凝胶 金属 化学工程 聚合物 高分子化学 化学 冶金 制作 有机化学 共聚物 医学 替代医学 病理 工程类
作者
Heyuan Huang,Xuanjia Zhang,Zhicheng Dong,Xin Zhao,Baolin Guo
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:625: 817-830 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2022.06.058
摘要

The design of conductive hydrogels integrating anti-fatigue, high sensitivity, strong mechanical property and good sterilization performance remains a challenge. We innovatively introduced metal coordination in covalently crosslinked Pluronic F-127 micelle network and synthesized nanocomposite conductive tough hydrogel through the combination of covalent crosslinking, metal coordination and silver nanowire reinforcement. Compared with pure diacylated PF127 hydrogel (PF127), the tensile strength of PF-AA-AM-Al3+/Ag0.25 hydrogel reaching 1.4 MPa was about 10 times than that of PF127. The toughness of PF-AA-AM-Al3+/Ag0.25 reaches 1.88 MJ/m3. Compared with PF-AA-AM-Al3+, the introduction of silver nanowires increased the fatigue life of PF-AA-AM-Al3+/Ag0.25 by 200% (31837 cycles), 170% (12804 cycles) and 1022% (511 cycles) under 100%, 120% and 150% ultimate tensile strains, respectively. Besides, the PF-AA-AM-Al3+/Ag0.25 showed strain sensitivity to small deformation (Gauge factor = 2.42) in wearable tests on hands and knees. In addition, the PF-AA-AM-Al3+/Ag0.25 had good cytocompatibility and antibacterial performance that bacteria killing ratio of 98% to S. aureus and 99% to E. coli. Finally, a viscoelastic numerical constitutive model was established based on finite element method to study the damage failure history of the material. Comparative analysis showed that local stress concentration was the main factor leading to the failure of hydrogel.
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