In Situ Synthesis of Mechanically Robust, Transparent Nanofiber‐Reinforced Hydrogels for Highly Sensitive Multiple Sensing

材料科学 自愈水凝胶 纳米纤维 标度系数 极限抗拉强度 硅烷 纳米技术 软机器人 纳米材料 聚合物 复合材料 制作 执行机构 高分子化学 医学 替代医学 病理 电气工程 工程类
作者
Xuyan Lu,Yang Si,Shichao Zhang,Jianyong Yu,Bin Ding
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (30) 被引量:159
标识
DOI:10.1002/adfm.202103117
摘要

Abstract Hydrogels that are both highly conductive and mechanically robust have demonstrated great potential in various applications ranging from healthcare to soft robotics; however, the creation of such materials remains an enormous challenge. This study presents an in situ synthesis strategy for developing bioinspired chemically integrated silica‐nanofiber‐reinforced hydrogels (SFRHs) with robust mechanical and electronic performance. The strategy is to synthesize soft hydrogel matrices from acrylamide monomers in the presence of well‐dispersed silica nanofibers and vinyl silane, which generates homogenous SFRHs with innovative interfacial chemical bonds. The resultant SFRHs exhibit excellent mechanical properties including high mechanical strength of 0.3 MPa at a fracture strain of 1400%, high Young's modulus of 0.11 MPa (comparable to human skin), and superelasticity over 1000 tensile cycles without plastic deformation, while maintaining high transmittance (≥83%). In parallel, the SFRHs show enhanced ionic conductivity (3.93 S m −1 ) and can monitor multiple stimuli (stretching, compressing, and bending) with high sensitivity (gauge factor of 2.67) and ultra‐durability (10 000 cycles). This work may shed light on the design and development of tough and stretchable hydrogels for various applications.
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