Construction and characterization of highly stretchable ionic conductive hydrogels for flexible sensors with good anti-freezing performance

自愈水凝胶 材料科学 极限抗拉强度 离子电导率 导电体 标度系数 聚丙烯酰胺 韧性 化学工程 复合材料 高分子化学 化学 电解质 电极 制作 病理 物理化学 工程类 医学 替代医学
作者
Chen‐Yan Zhang,Jikui Wang,Shuo Li,Xinquan Zou,Huixian Yin,Yi‐Cheng Huang,Feilong Dong,Peiyuan Li,Yaoting Song
出处
期刊:European Polymer Journal [Elsevier]
卷期号:186: 111827-111827 被引量:76
标识
DOI:10.1016/j.eurpolymj.2023.111827
摘要

As an ideal material for flexible sensors, electrically conductive hydrogels (ECHs) has been faced with water loss and easy freezing, which affects the conductive and tensile properties. Polyacrylamide/sodium alginate/LiCl (PAM/SA/LiCl) hydrogel was constructed to enhance the anti-freezing property without deficiencies of tensile and electrical performance. A semi-interpenetrating network (semi-IPN) was formed by PAM and SA through hydrogen bonding, which performed excellent mechanical property (fracture strain 2100%, fracture stress 110 KPa). LiCl contributed to the high ionic conductivity (up to 21.7 S/m) and sensitivity (Gauge Factor (GF) = 17.45). Double hydrogen bonding of SA and PAM, hydration of LiCl and ion interaction between SA and lithium ion improved the anti-freezing performance and mechanical property of the hydrogel together. The proportion of non-freezing water in system was proved to be significantly increased. The comprehensive properties of the hydrogels were evaluated and PAM/SA/3M LiCl hydrogel kept conductive without obvious loss of stretchability at −30 °C. The PAM/SA/LiCl hydrogel integrates remarkable toughness, conductivity, sensitivity and anti-freezing property, which is a suitable choice in smart wearable devices, soft robots and medical monitoring.
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