Self-Healable Electro-Conductive Hydrogels Based on Core-Shell Structured Nanocellulose/Carbon Nanotubes Hybrids for Use as Flexible Supercapacitors

DOI:10.3390/nano10010112

近年来，随着个人可穿戴电子设备的发展，人们对便携式电源的需求越来微型化和柔性化。导电水凝胶（ECHs）在便携式储能装置中具有广阔的应用前景。然而，自修复性、粘弹性和理想电化学的协同性能是关键问题。本文将聚乙烯醇-硼砂（PVA）水凝胶基质与2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）-纤维素纳米纤维（TOCNFs）、碳纳米管（CNT）和聚苯胺（PANI）相结合，合成了一种新型的ECH。其中，碳纳米管具有优异的导电性；TOCNFs作为分散剂帮助碳纳米管形成稳定的悬浮液；PANI通过形成核-壳结构复合材料增强了电化学性能。复合水凝胶具有三维网络结构，其压缩应力约为152KPa，储能模量约为18.2KPa。该复合水凝胶具有低密度（1.2gcm）、高含水量（95%）、良好的柔韧性、自愈性、导电性（15.3S m）。所制备的固态一体式超级电容器装置在10次切割/愈合循环后保持了约90%的电容保持率，1000次弯曲循环后仍保持了约85%的电容保持率。这种新型电子技术在先进的个性化可穿戴电子设备中具有潜在的应用前景。 

 Highly transparent, stretchable, and rapid self-healing polyvinyl alcohol/cellulose nanofibril hydrogel sensors for sensitive pressure sensing and human motion detection

https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.05.082

本研究合成了一种具有双交联网络的聚乙烯醇/纤维素纳米纤维(PVA/CNF)水凝胶，用于高度透明、可拉伸和自愈合的压力和应变传感器。水凝胶中含有动态硼酸键、金属羧酸配位键和氢键，与传统PVA水凝胶相比，水凝胶具有优越的尺寸稳定性、机械强度和柔韧性以及自愈能力。该水凝胶的模量适中，为11.2 KPa，伸长率为1900%。在无外界刺激的情况下，接触15秒内自愈，透光率高达90%以上，与人成纤维细胞相容性极好。基于PVA/CNF水凝胶开发的电容式传感器对非常细微的压力变化(如小水滴)具有很高的灵敏度。当作为应变传感器使用时，它能够检测和监测各种人体运动，如手指、膝盖、肘部和头部的运动、呼吸和轻拍。所开发的水凝胶和传感器不仅在电子皮肤、个人保健和可穿戴设备中显示出巨大的潜力，而且还可能促进透明、智能皮肤类传感器的发展。