Frost-resistant and ultrasensitive strain sensor based on a tannic acid-nanocellulose/sulfonated carbon nanotube-reinforced polyvinyl alcohol hydrogel

材料科学 纳米纤维素 聚乙烯醇 单宁酸 碳纳米管 复合材料 涂层 化学工程 霜冻(温度) 纳米技术 纤维素 化学 有机化学 工程类
作者
Heqian Li,Yutong Yang,Miao Li,Yachong Zhu,Congcong Zhang,Rui Zhang,Yongming Song
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:219: 199-212 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.07.180
摘要

The operating temperature of hydrogels, especially at low temperatures, is crucial due to their wide applicability in soft robots, sensors, and electronic skin. Hydrogels are often used at room temperature, but their performance may deteriorate at low temperatures. Therefore, it is crucial to develop hydrogels that can be used at low temperatures to expand their range of use. Herein, we have proposed a simple one-pot method to prepare a frost-resistant (−70 °C) and conductive hydrogel consisting of a glycerol (Gly)-water binary solvent. We have added tannic acid (TA)-coated carboxymethylated cellulose nanofibrils (CMCNFs) to poly (vinyl alcohol) (PVA) as a functional filler to improve the hydrogel's mechanical properties. The introduction of sulfonated carbon nanotubes (SCNT) has provided the hydrogel with high conductivity (0.1 S/m), strain sensitivity (gauge factor of 3.76), and cyclic stability (1600 cycles). Due to the strong hydrogen bonding and physical entanglement effects between the components, the hydrogel exhibied excellent tensile properties (297 %), high toughness (0.44 MJ/m3), and a high Young's modulus (1.25 MPa). These characteristics ensure that the hydrogel is well suited for low-temperature environments, health monitoring, and wearable devices.
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