High Performance Conductive Hydrogel for Strain Sensing Applications and Digital Image Mapping

材料科学 乙烯醇 纳米技术 电极 自愈水凝胶 电容感应 电导率 计算机科学 光电子学 复合材料 聚合物 化学 物理化学 高分子化学 操作系统
作者
Ruonan Liu,Kun Chen,He Liu,Yiying Liu,Rong Cong,Jinhong Guo,Ye Tian
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (45): 51341-51350 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acsami.2c15669
摘要

A hydrogel strain sensor can successfully transform its deformation into resistance changes, offering novel options for the Internet of Things (IoT) and artificial intelligence (AI). However, it remains challenging to prepare hydrogel sensors with superior performance (e.g., high conductivity). Here, we produced a conductive hydrogel (named PPC hydrogel) utilizing only three components, PVA (poly(vinyl alcohol)), PAAS (polyacrylate sodium), and CaCl2, through freezing cross-linking and ion chelation. The PPC hydrogel is endowed with high electrical conductivity of approximately 5.2 S/m without the addition of highly conductive materials due to the unique ionic cluster mesh structure, thus enabling an outstanding performance of strain sensing. The PPC hydrogel also maintains electrical conductivity in frozen and underwater conditions and resists swelling in underwater environments, allowing it to be used under water for extended periods of time (more than 15 days). The PPC hydrogel-based strain sensor can be used as a flexible electrode for electrocardiogram (ECG) and electromyogram (EMG) examinations and sensitively monitor human activity as well as recognize handwriting. Moreover, we designed a python-based visualization program combined with a PPC hydrogel array to implement pressure-sensing digital image mapping for remote IoT monitoring. As a flexible sensor for biosafety, the PPC hydrogel has potential applications in the field of intelligent sensing, the IoT, and even Internet of Body systems.
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