Hidrogel físico de duplo rede reforçado por sinergia entre associações hidrofóbicas e reticulação iônica e suas propriedades de sensoriamento piezoresistivo

Zhong-rui Wang ,  

Xing-hui Wang ,  

Yu-wen Meng ,  

Xu Wang ,  

摘要

Hidrogéis tradicionais geralmente apresentam desempenho mecânico insatisfatório devido à dissipação insuficiente de energia, limitando sua aplicação em engenharia biológica e eletrônica flexível. Este estudo utiliza o efeito sinérgico entre interações hidrofóbicas (copolímero de acrilamida-metacrilato de laurila com micelas de dodecil sulfato de sódio) e reticulação iônica (κ-carragenina com íons potássio) para construir uma série de hidrogéis de duplo rede fisicamente reticulados. Foi investigado sistematicamente o efeito da proporção das duas redes reticuladas sobre a morfologia microscópica do gel, propriedades mecânicas, comportamento reológico dinâmico e resposta piezoresistiva. Descobriu-se que, quando o teor de κ-carragenina é de 1,6% em peso e o teor de acrilamida é de 16% em peso, o hidrogel resultante apresenta o melhor desempenho geral: resistência à compressão de 4,7 MPa sob uma deformação de compressão de 90%, densidade de dissipação de energia de 281,2 kJ/m³ e capacidade de recuperar praticamente sua altura original após 10 ciclos de compressão. Sob uma condição de tensão constante de 1 V, o hidrogel demonstra uma resposta piezoresistiva sensível e estável (variação relativa da resistência ΔR/R₀ alcançando -0,8 no primeiro ciclo de compressão), capaz de converter a deformação de compressão em sinal elétrico em tempo real. Este trabalho oferece uma nova abordagem para o desenvolvimento de hidrogéis duplo rede fisicamente reticulados que combinam alta resistência mecânica, excelente resiliência e resposta piezoresistiva sensível.

关键词

hidrogel de duplo rede; interações hidrofóbicas; reticulação iônica; sensoriamento piezoresistivo

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