A Semi‐Interpenetrating Poly(Ionic Liquid) Network‐Driven Low Hysteresis and Transparent Hydrogel as a Self‐Powered Multifunctional Sensor

材料科学 离子液体 磁滞 自愈水凝胶 化学工程 离子键合 纳米技术 高分子化学 离子 有机化学 化学 物理 量子力学 工程类 催化作用
作者
Shaowei Han,Yongkang Hu,Jia Wei,Songwei Li,Peipei Yang,Hao‐Yang Mi,Chuntai Liu,Changyu Shen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (32) 被引量:101
标识
DOI:10.1002/adfm.202401607
摘要

Abstract Conductive hydrogels are gaining significant attention as promising candidates for the fabrication materials for flexible electronics. Nevertheless, improving the tensile properties, hysteresis, durability, adhesion, and electrochemical properties of these hydrogels remains challenging. This work reports the development of a novel semi‐interpenetrating network poly(ionic liquid) hydrogel named PATV, via the in situ polymerization of acrylamide, N ‐[Tris(hydroxymethyl)methyl] acrylamide, and 1‐vinyl‐3‐butylimidazolium tetrafluoroborate. The density functional theory calculations reveal that the poly(ionic liquid) in the hydrogel network acts as physical cross–linking points to construct hydrogen‐bond networks. Furthermore, the hydrogen‐bond networks dissipate energy efficiently and quickly, and thus stress concentration and hysteresis are avoided. The prepared hydrogel has a low hysteresis (9%), high tensile properties (900%), fast response (180 ms), high sensitivity (gauge factor = 10.4, pressure sensitivity = 0.14 kPa −1 ), and wide sensing range (tensile range: 1–600%, compression range: 0.1–20 kPa). A multifunctional sensor designed based on the designed hydrogel enables real‐time, rapid, and stable response‐ability for the detection of human movement, facial expression recognition, pronunciation, pulse, handwriting, and Morse code encryption. Furthermore, the assembled triboelectric nanogenerator displays an excellent energy harvesting capability, thus highlighting its potential application in self‐powered flexible wearable electronic devices.
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