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Robustes Hydrogel trotzt Trocknung und Frost
Ein chinesisches Forschungsteam hat ein hochfestes, leitfähiges Hydrogel auf Basis eines tiefeutektischen Lösungsmittels entwickelt, das gleichzeitig trocknungs- und frostbeständig ist. Flüssigmetall fungiert dabei als Initiator und Vernetzer – mit Potenzial für flexible Elektronik und tragbare Sensorik.
Leitfähige Hydrogele bieten großes Potenzial für Biosensoren, bionische Robotik und intelligente Sensorik. Konventionelle Systeme leiden jedoch unter geringer mechanischer Festigkeit, niedriger Zähigkeit sowie unzureichendem Schutz gegen Austrocknung und Vereisung. Ein Forschungsteam um Jinfei Wang und Pengxiang Jia hat hierfür einen neuen Ansatz entwickelt: ein Doppelnetzwerk-Hydrogel auf Basis eines tiefeutektischen Lösungsmittels (DES) aus Cholinchlorid und Glycerin, das durch Flüssigmetall als Initiator und Vernetzer aufgebaut wird.
Im Herstellungsprozess wurden Flüssigmetall-Nanopartikel (LMNPs) mithilfe von Tween-20 als Emulgator durch Hochgeschwindigkeitshomogenisierung im DES dispergiert. Nach Zugabe von Acrylsäure (AA) und Acrylamid (AM) erfolgte unter Ultraschallanregung eine flüssigmetallinitiierte radikalische Polymerisation, wodurch das Gel-LM-PVA-P(AA-co-AM)-Doppelnetzwerk entstand.
Lesetipp:
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Hohe Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit
Das resultierende Hydrogel weist beachtliche mechanische Eigenschaften auf: Die Bruchspannung erreicht 1,34 MPa, die Bruchdehnung 517 %, die Zähigkeit 5,68 MJ/m³ und der Elastizitätsmodul 1,2 MPa. Damit übertrifft das System die typischen Werte konventioneller leitfähiger Hydrogele deutlich und zeigt zudem eine ausgeprägte Ermüdungsbeständigkeit.
Die Einbindung des tiefeutektischen Lösungsmittels verleiht dem Hydrogel die entscheidenden Funktionseigenschaften: Es bleibt sowohl bei tiefen Temperaturen geschmeidig als auch über längere Zeiträume vor Austrocknung geschützt. Diese Stabilität ist eine zentrale Voraussetzung für den praktischen Einsatz in tragbaren Anwendungen unter wechselnden Umgebungsbedingungen.
Antibakterielle Wirkung und sensorische Eigenschaften
Neben den mechanischen und klimatischen Vorteilen zeigt das Hydrogel eine ausgeprägte antibakterielle Wirkung und eine elektrische Leitfähigkeit von 0,30 mS/cm. In Dehnungssensortests reagierte das Material schnell, sensitiv und stabil auf verschiedene menschliche Bewegungen – ein Schlüsselkriterium für Wearable-Anwendungen.
Die Arbeit etabliert einen neuen Ansatz für die Herstellung hochfester, trocknungs- und frostbeständiger leitfähiger Hydrogele. Damit eröffnet sich ein breites Anwendungsfeld in der flexiblen Elektronik, in tragbaren Sensoren und in der bionischen Robotik, in dem konventionelle Hydrogele bislang an ihre Grenzen stoßen.
Quelle: Wang, J. et al. High-strength, anti-drying and freezing-resistant conductive hydrogels based on deep eutectic solvents. Prog. Org. Coat. 110055 (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110055
