Conductive Hydrogels with Ultrastretchability and Adhesiveness for Flame- and Cold-Tolerant Strain Sensors

材料科学 自愈水凝胶 标度系数 复合材料 电导率 拉伤 大气温度范围 导电体 纳米技术 制作 高分子化学 气象学 替代医学 化学 物理化学 病理 内科学 物理 医学
作者
Cuiwen Liu,Ru Zhang,Pei-Wen Li,Jinqing Qu,Pengjie Chao,Zong‐Wen Mo,Tao Yang,Ning Qing,Liuyan Tang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (22): 26088-26098 被引量:55
标识
DOI:10.1021/acsami.2c07501
摘要

Hydrogel strain sensors with extreme temperature tolerance have recently gained great attention. However, the sensing ability of these hydrogel strain sensors changes with temperature, resulting in the variety of output signals that causes signal distortion. In this study, double-network hydrogels comprising SiO2 nanoparticles composed of polyacrylamide and phytic acid-doped polypyrrole were prepared and applied on strain sensors with a wide sensing range, high adhesiveness, and invariable strain sensitivity under flame and cold environments. The hydrogels had stable conductivity, excellent adhesive strength of up to 79.7 kPa on various substrates, and high elongation of up to 1896% at subzero temperature and after heating. They also exhibited effective flame retardancy with low surface temperature (71.2 °C) after 1200 s of heating (200 °C) and antifreezing properties at a low temperature of −20 °C. Remarkably, even under cold temperature and heat treatment, the hydrogel-based strain sensor displayed consistent sensing behaviors in detecting human motions with a broad strain range (up to 500%) and steady gauge factor (GF, ∼2.90). Therefore, this work paves the way for the applications of hydrogel sensors in robotic skin, human–mechanical interfaces, and health monitoring devices under harsh operating environments.
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