Wearable photonic crystal double network hydrogel sensor based on structural color analysis

可穿戴计算机 光子晶体 结构着色 可穿戴技术 材料科学 光电子学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Zhenye Liu,Wenxin Zhang,Yu Qiao,Lili Qiu,Zihui Meng
出处
期刊:Journal of physics [IOP Publishing]
卷期号:2842 (1): 012104-012104
标识
DOI:10.1088/1742-6596/2842/1/012104
摘要

Abstract This paper introduces a high-toughness photonic crystal (PhCs) dual-network hydrogel sensor designed for mechanical sensing, which enables quantitative analysis of structural color using the HSB color space. The hydrogel achieves a maximum tensile strain of 250% under a tensile stress of 3.5 MPa, thanks to its dual-network structure comprising a covalently cross-linked polyacrylamide (PAM) network and an ionically cross-linked sodium alginate (SA) network. At an 80% tensile strain, the PAM-SA photonic crystal hydrogel displays a blue shift in the bandgap wavelength of over 130 nm and demonstrates a sensitivity of 1.69 nm/%. The analysis of the force-induced color change in the PAM-SA photonic crystal hydrogel utilized both RGB and HSB color spaces. In the HSB color space, the hue component (H) exhibited a strong linear correlation with strain (R2>0.95), indicating the feasibility of quantitative structural color analysis using HSB. As a wearable sensor, the PAM-SA photonic crystal hydrogel precisely detects human motion via bandgap displacement (R2=0.989) and structural color change (R2=0.978). The PAM-SA PhCs hydrogel, featuring easily accessible color information and high sensitivity, has broad potential applications in wearable devices and mechanical sensors.
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