Developing tough, fatigue-resistant and conductive hydrogels via in situ growth of metal dendrites

自愈水凝胶 材料科学 原位 韧性 导电体 金属 电导率 导电的 纳米技术 复合材料 冶金 高分子化学 化学 物理化学 有机化学
作者
Mengjie Si,Yueman Tang,Xu Chen,Chenyu Li,Kaishun Xia,Wei Xu,Ji Lin,Zhen Jiang,Jintao Yang,Si Yu Zheng
出处
期刊:Materials horizons [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (5): 1452-1462 被引量:28
标识
DOI:10.1039/d4mh01778a
摘要

Developing hydrogels with high conductivity and toughness via a facile strategy is important yet challenging. Herein, we proposed a new strategy to develop conductive hydrogels by growing metal dendrites. Water-soluble Sn2+ ions were soaked into the gel and then converted to Sn dendrites via an electrochemical reaction; the excessive Sn2+ ions were finally removed by water dialysis, accompanied by dramatic shrinkage of the gel. Based on in situ transformation from metal ions to dendrites, the method integrated the advantages of ionic conductive fillers, such as LiCl (uniform dispersion), and electrical fillers, such as metal particles (high conductivity). Additionally, the morphology of metal dendrites combined advantages of 1D nanowires (large aspect ratio of the branches) and 2D nanosheets (large specific surface area of the skeleton). The strategy was found to be effective across diverse gel systems (non-ionic, anionic, cationic and zwitterionic). The dense, highly conductive and branched Sn dendrites not only formed a conductive pathway but also interacted with the polymer network to transfer stress and dissipate energy. The resultant gel exhibited a high conductivity of 12.5 S m-1, fracture energy of 1334.0 J m-2, and fatigue threshold of 720 J m-2. Additionally, the gel exhibited excellent sensitivity when used as a wearable strain sensor and bioelectrode. We believe this strategy offers new insights into the development of conductive hydrogels.
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