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Multifunctional polyacrylamide/hydrated salt/MXene phase change hydrogels with high thermal energy storage, photothermal conversion capability and strain sensitivity for personal healthcare

材料科学 自愈水凝胶 聚丙烯酰胺 光热治疗 热能储存 复合材料 动态力学分析 聚合物 化学工程 纳米技术 高分子化学 生物 生态学 工程类
作者
Xiao‐dong Qi,Ting-yu Zhu,Wenwen Hu,Wan-jun Jiang,Jing‐hui Yang,Qing Lin,Yong Wang
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:234: 109947-109947 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2023.109947
摘要

Flexible and light/electrical responsive phase change materials (PCMs) provide significant application prospects in the thermal management and health monitoring of humans. However, the facile fabrication of flexible and multi-stimulus responsive PCMs remains a great challenge. Herein, we proposed a one-step photoinitiated polymerization strategy to prepare flexible phase change hydrogels, which were composed of hydrated salts (sodium sulfate decahydrate, SSD) and polyacrylamide (PAM) hydrogel and MXene nanosheets. The three-dimensional PAM/MXene network efficiently encapsulated the SSD, thus showing high dimension retention ratio of 98.1%, latent heat value of 163.3 J/g and excellent room-temperature flexibility. By triggering the melting-crystallization transition of SSD, the hydrogels showed tunable modulus variations and temperature sensitivity. Benefiting from the electrical MXene nanosheets and SSD crystals, these hydrogel-based sensors displayed good sensitivity (gauge factor of 3.36) with a large strain range (300%) and reliable durability (200 stretching cycles). More importantly, the PAM/SSD/MXene hydrogels exhibited remarkable solar-thermal energy conversion and storage performances due to the incorporation of MXene nanosheets, which could be applied in the photothermal therapy of human body at a constant temperature of ∼35 °C. These flexible phase change hydrogels with moderate phase transition temperatures as well as strain sensing and solar-thermal energy storage functions hold great application potential for wearable thermal management and healthcare devices.
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