Dehnungsgestützte Leitfähigkeitssteigerung in hochleitfähigen und zähen Hydrogelen

Zusammenfassung Der Widerstand von Gelen und Elastomeren steigt signifikant mit der Zugdehnung, was die Leitfähigkeit verringert und ihre Verwendung in stabilen und zuverlässigen Elektronikkomponenten einschränkt. Hier werden hochleitfähige zähe Hydrogelen aus Silbernanodrähten (AgNWs), flüssigem Metall (LM) und Poly(vinylalkohol) (PVA) hergestellt. Die durch Dehnung induzierten Orientierungen von AgNWs, deformierbarem LM und PVA-Nanokristallen schaffen leitfähige Wege, die die mechanischen Eigenschaften der Hydrogele verbessern, einschließlich einer erhöhten endgültigen Bruchspannung (13-33 MPa), Dehnung (3000-5300%) und Zähigkeit (390,9-765,1 MJ m−3). Bemerkenswerterweise wird die elektrische Leitfähigkeit der Hydrogele signifikant von 4,05 × 10−3 auf 24 S m−1 erhöht, wenn sie auf eine Dehnung von 4200% gedehnt werden, was eine 6000-fache Verbesserung darstellt. Die Integration von PVA-Nanokristallen, deformierbarem LM und AgNWs mindert effektiv die Spannungs-konzentrierung an der Rissspitze und verleiht den Hydrogelen damit Risspropagationsunempfindlichkeit und Ermüdungsbeständigkeit. Darüber hinaus sind die Hydrogele mit einem umkehrbaren Vernetzungsnetzwerk gestaltet, das eine wasserinduzierte Wiederverwertung ermöglicht.