Conductive, water-retaining and knittable hydrogel fiber from xanthan gum and aniline tetramer modified-polysaccharide for strain and pressure sensors

自愈水凝胶 材料科学 复合材料 纤维 聚合物 黄原胶 化学工程 粘弹性 高分子化学 流变学 工程类
作者
Yaqi Zhang,Ruquan Zhang,Yongzhen Tao
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:321: 121300-121300 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121300
摘要

Herein, we explored strategies for defoaming and controllable adjustment of spinnable and mechanical properties of polyanion polysaccharide-based hydrogels to fabricate conductive, water-retaining, and knittable hydrogel fibers for next-generation flexible electronics. Xanthan gum (XG) and aniline tetramer modified-polysaccharide (TMAT38) were crosslinked with sodium trimetaphosphate (STMP) and subsequently by Fe3+/Fe2+ ions coordination to prepare conductive and spinnable hydrogels. Polypropylene glycol was introduced as chemical antifoam, and solvent displacement method was adopted to improve mechanical and water-retaining properties. The glycerol-immersed XG5-TMAT38-STMP-Fe3+/CA-PPG hydrogel exhibited conductivity of 3.55×10−3–27.30×10−3 S/cm, storage modulus at linear viscoelastic region of 573 Pa–1717 Pa and self-healing percentage of 100 %–108 %. The 2 h glycerol-immersed hydrogel fibers with good flexibility, moisture retention and freezing tolerance were ready to bend and knit into fabrics. The hydrogel fiber braid possessed better conductivity, reliability and durability than the single hydrogel fiber as strain sensors. The hydrogel fiber fabric perceived tiny vibration triggered by swallowing, speaking and writing with good sensitivity and reproducibility. Furthermore, a three-component model was developed to evaluate response sensitivity and recoverability of the hydrogel fiber fabric-based pressure sensors, which facilitated understanding transient response of polymer-based hydrogel strain and pressure sensors.
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