タンニン酸ナノセルロース/スルホン化カーボンナノチューブ強化ポリビニルアルコールヒドロゲルに基づく霜耐性および超高感度ひずみセンサー

特に低温でのヒドロゲルの動作温度は、ソフトロボット、センサー、および電子皮膚に広く適用できるために重要です。ハイドロゲルは室温でよく使用されますが、その性能は低温で悪化する可能性があります。したがって、低温で使用できるヒドロゲルを開発して使用範囲を拡大することが重要です。ここでは、グリセロール（Gly） - 水二成分溶媒で構成される霜耐性（-70°C）と導電性ヒドロゲルを準備するための簡単なワンポット方法を提案しました。タンニン酸（TA）でコーティングされたカルボキシメチル化セルロースナノフィブリル（CMCNF）を、ヒドロゲルの機械的特性を改善するための機能的フィラーとしてポリ（ビニルアルコール）（PVA）に加えました。スルホン化カーボンナノチューブ（SCNT）の導入により、ヒドロゲルに高い導電率（0.1 s/m）、ひずみ感度（3.76のゲージ係数）、および環状安定性（1600サイクル）を提供しました。成分間の強い水素結合と物理的エンタングルメント効果により、ヒドロゲルは優れた引張特性（297％）、高靭性（0.44 mj/m3）、および高ヤング率（1.25 MPa）を示しました。これらの特性により、ヒドロゲルが低温環境、健康監視、ウェアラブルデバイスに適していることが保証されます。

The operating temperature of hydrogels, especially at low temperatures, is crucial due to their wide applicability in soft robots, sensors, and electronic skin. Hydrogels are often used at room temperature, but their performance may deteriorate at low temperatures. Therefore, it is crucial to develop hydrogels that can be used at low temperatures to expand their range of use. Herein, we have proposed a simple one-pot method to prepare a frost-resistant (-70 °C) and conductive hydrogel consisting of a glycerol (Gly)-water binary solvent. We have added tannic acid (TA)-coated carboxymethylated cellulose nanofibrils (CMCNFs) to poly (vinyl alcohol) (PVA) as a functional filler to improve the hydrogel's mechanical properties. The introduction of sulfonated carbon nanotubes (SCNT) has provided the hydrogel with high conductivity (0.1 S/m), strain sensitivity (gauge factor of 3.76), and cyclic stability (1600 cycles). Due to the strong hydrogen bonding and physical entanglement effects between the components, the hydrogel exhibied excellent tensile properties (297 %), high toughness (0.44 MJ/m3), and a high Young's modulus (1.25 MPa). These characteristics ensure that the hydrogel is well suited for low-temperature environments, health monitoring, and wearable devices.