There is a constant search for new sustainable materials. A material that has become increasingly more interesting is cellulose, since it is both renewable and biodegradable. By combining cellulose nanofibrils (CNF) and the polymer complex poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS), a conductive hydrogel can be made. The hydrogel can subsequently be used to 3D-print various structures, which further can be used in multiple applications such as microrobots, sensors and smart devices. The aim of this bachelor thesis was to develop a 3D-printable hydrogel composed of PEDOT:PSS and CNF was made. The goal was to print and crosslink a conductive structure, and subsequently induce electrical current through the structure to facilitate movement (i.e. artificial muscles). Several hydrogel inks composed of CNF and PEDOT:PSS were prepared across a range of concentrations. Homogenisation of the hydrogels was achieved through various mixing techniques. Both freeze-drying and evaporation were tested to concentrate the hydrogels. Furthermore, crosslinking tests were performed using iron(III)chloride hexahydrate and citric acid, followed by a conductivity measurement. Lastly, rheology tests were performed on four of the inks. The optimal concentration of solid material was determined to be 4.8 wt% and the most favourable way of concentrating the hydrogels was by freeze drying. Furthermore, iron(III)chloride hexahydrate was found to be more favourable when crosslinking the hydrogels. The conductivity measurements showed that crosslinking with iron(III)chloride hexahydrate resulted in a notable increase in conductivity in the material. Lastly, the rheology measurements showed that the 4.8 wt% hydrogel ink had high elasticity, viscosity and exhibited shear thinning behaviour. / Det söks konstant efter nya hållbara material. Ett material som har blivit alltmer intressant är cellulosa, eftersom det både är förnybart och bionedbrytbart. Genom att kombinera cellulosa nanofibriller (CNF) och polymer komplexet poly(3,4-etylendioxitiofen) polystyrensulfonat (PEDOT:PSS), kan en konduktiv hydrogel framställas. Denna hydrogel kan sedan användas för att 3D-printa en mängd olika strukturer, vilka senare kan används i olika tillämpningar så som mikrorobotar, sensorer och smarta enheter. Målet med detta kandidatarbete var att utveckla en hydrogel av PEDOT:PSS och CNF för användning i 3D-skrivare. Målet var att printa och korslänka en struktur med konduktiva egenskaper, vilken senare skulle induceras med elektricitet för att främja rörelse, med andra ord artificiella muskler. Ett flertal hydrogeler av CNF och PEDOT:PSS förbereddes i en rad olika koncentrationer. Homogenisering av hydrogelerna uppnåddes genom att testa olika metoder för omrörning. Både frystorkning och avdunstning testades för att koncentrera hydrogelerna. Dessutom undersöktes tvärbindning genom järn(III)kloridhexahydrat och citronsyra, följt av en konduktivitetsmätning. Slutligen utfördes reologimätningar på fyra av de framställda hydrogelerna. Den optimala koncentrationen av fast material i en hydrogel bestämdes till 4,8 vikt% och det mest gynnsamma sättet att koncentrera hydrogeler var genom frystorkning. Vidare, var järn(III)kloridhexahydrat ett mer fördelaktigt alternativ vad gällde tvärbindning av hydrogelerna. Konduktivitetsmätningarna visade att tvärbindning med hjälp av järn(III)kloridhexahydrat ökade konduktiviteten märkbart hos materialet. Slutligen visade reologimätningarna att hydrogelen med 4,8 vikt% hade hög elasticitet, viskositet och den uppvisade även skjuvningstunnande beteende.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-347717 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Bancerz Aleksiejczuk, Oliwia Nikola, Westerlund, Sara, Gustavsson, Emilia, Lomundal, Hanna |
| Publisher | KTH, Kemiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-CBH-GRU ; 2024:172 |
Page generated in 0.0104 seconds