Spider Silk‐Inspired Conductive Hydrogels for Enhanced Toughness and Environmental Resilience via Dense Hierarchical Structuring

自愈水凝胶 材料科学 韧性 弹性(材料科学) 软机器人 生物相容性 纳米技术 蜘蛛丝 导电体 流变学 复合材料 丝绸 计算机科学 机器人 高分子化学 人工智能 冶金
作者
Seokkyoon Hong,Jiwon Lee,Taewoong Park,Jinheon Jeong,Junsang Lee,Hyeonseo Joo,Juan C. Mesa,Claudia Benito Alston,Yuhyun Ji,Sebastián L. Vega,Cristian Barinaga,Jonghun Yi,Young‐Jun Lee,Young Jun Kim,Kate J. Won,Luis Solorio,Young L. Kim,Hyowon Lee,Dong Rip Kim,Chi Hwan Lee
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202500397
摘要

Abstract Conductive hydrogels, known for their biocompatibility and responsiveness to external stimuli, hold promise for biomedical applications like wearable sensors, soft robotics, and implantable electronics. However, their broader use is often constrained by limited toughness and environmental resilience, particularly under mechanical stress or extreme conditions. Inspired by the hierarchical structures of natural materials like spider silk, a strategy is developed to enhance both toughness and environmental tolerance in conductive hydrogels. By leveraging multiscale dynamics including pores, crystallization, and intermolecular interactions, a dense hierarchical structure is created that significantly improves toughness, reaching ≈90 MJ m⁻ 3 . This hydrogel withstands temperatures from −150 to 70 °C, pressure of 12 psi, and one‐month storage under ambient conditions, while maintaining a lightweight profile of 0.25 g cm⁻ 3 . Additionally, its tunable rheological properties allow for high‐resolution printing of desired shapes down to 220 µm, capable of supporting loads exceeding 164 kg m⁻ 2 . This study offers a versatile framework for designing durable materials for various applications.
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