Dual-ionic hydrogels with ultralong anti-dehydration lifespan and superior anti-icing performance

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作者
Tong Li,Ke Xu,Lianxin Shi,Jianyang Wu,Jianying He,Zhiliang Zhang
出处
期刊:Applied Materials Today [Elsevier]
卷期号:26: 101367-101367 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.apmt.2022.101367
摘要

Water-rich hydrogels find a wide range of promising applications due to their combined solid/liquid-like properties. However, hydrogels often exhibit a short lifespan and suffer from functional failure due to water depletion via rapid evaporation and icing/freezing under low temperatures. To tackle these challenges, here we developed a Ca2+ and hydrophilic bonded -SO3− group-based dual-ionic hydrogel (DIH) which possesses an ultralong anti-dehydration lifespan and outstanding anti-icing properties. The as-developed DIH can keep wet and flexible as its initial state for longer than 8 months in practical room environment (15–35 °C, relative humidity of 30–90%), and show low ice adhesion of 2.3 kPa and durably frost-free property at -10.0 °C as well as anti-freezing property down to -49.0 °C. According to the molecular dynamic simulations and experimental results, the superior anti-dehydration performances are due to the low-diffusion and high absorption capacity and self-replenishment of water via the dual-ionic strategy; the sufficient anti-icing Ca2+ result in the extremely low melting point and anti-icing properties of the DIH. This design sheds new light on developing next-generation durable hydrogels with applications in soft materials and functional surfaces under harsh conditions of both low humidity and low temperatures.
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