Highly Robust Conductive Organo‐Hydrogels with Powerful Sensing Capabilities Under Large Mechanical Stress

自愈水凝胶 材料科学 佩多:嘘 乙烯醇 韧性 极限抗拉强度 标度系数 纳米纤维 复合材料 导电聚合物 弹性体 纳米技术 聚合物 制作 高分子化学 医学 替代医学 病理
作者
Tian Li,Haobo Qi,Xinyu Dong,Guanjin Li,Wei Zhai
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (5): e2304145-e2304145 被引量:57
标识
DOI:10.1002/adma.202304145
摘要

The low mechanical strength of conductive hydrogels (<1 MPa) has been a significant hurdle in their practical application, as they are prone to fracturing under complex conditions, limiting their effectiveness. Here, this work fabricates a strong and tough conductive hierarchical poly(vinyl alcohol) (PEDOT:PSS/PVA) organo-hydrogel (PPS organo-hydrogel) via a facile combining strategy of self-assembly and stretch training. With PVA/PEDOT:PSS microlayers and aligned PVA/PEDOT:PSS nanofibers, PVA and PEDOT:PSS nanocrystalline domains, and semi-interpenetrating polymer networks, PPS organo-hydrogels display outstanding mechanical performances (strength: 54.8 MPa, toughness: 153.97 MJ m-3 ). Additionally, PPS organo-hydrogels also exhibit powerful sensing capabilities (gauge factor (GF): 983) due to the aligned hierarchical structures and organic liquid phase of DMSO. Notably, with the synergy of such mechanical and sensing properties, organo-hydrogels can even detect objects as light as 1 gram, despite bearing a tensile strength of ≈23 MPa. By incorporating these materials into human-machine interfaces, such as controlling artificial arms for grabbing objects and monitoring sport behaviors in soccer training, this work has unlocked a new realm of possibilities for these high-performance hierarchical organo-hydrogels. This approach to designing hierarchical structures has the potential to lead to even more high-performance hydrogels in the future.
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