Using chitosan nanofibers to simultaneously improve the toughness and sensing performance of chitosan-based ionic conductive hydrogels

自愈水凝胶 材料科学 壳聚糖 韧性 纳米纤维 标度系数 复合材料 化学工程 纳米技术 高分子化学 制作 医学 替代医学 病理 工程类
作者
Xueyan Wang,Bingyan Wang,Wenxia Liu,Dehai Yu,Zhaoping Song,Guodong Li,Xiaona Liu,Huili Wang,Shaohua Ge
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:260: 129272-129272 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.129272
摘要

Conductive hydrogels, especially polysaccharide-based ionic conductive hydrogels, have received increasing interest in the field of wearable sensors due to their similarity to human skin. Nevertheless, it is still a challenging task to simultaneously prepare a self-healed and adhesive conductive hydrogel with good toughness, temperature tolerance and high sensing performance, especially with high sensitivity and a low detection limit. Herein, we developed a new strategy to improve the toughness and sensing performance of a multifunctional conductive hydrogel by simultaneously using dissolved chitosan (CS) and solid chitosan nanofibers (CSFs) to induce the formation of hierarchical polymeric networks in the hydrogel. The tensile strength and elongation at break of the hydrogel could be improved from 70.3 kPa and 1005 % to 173.9 kPa and 1477 %, respectively, simply by introducing CSFs to the hydrogel, and its self-healing, adhesive and antibacterial properties were effectively retained. When serving as a resistive sensing material, the introduction of CSFs increased the gauge factor of the hydrogel-based strain sensor from 8.25 to 14.27. Moreover, the hydrogel-based strain sensor showed an ultralow detection limit of 0.2 %, excellent durability and stability (1000 cycles) and could be used to detect various human activities. In addition, the hydrogel prepared by using a water-glycerol binary solvent system showed temperature-tolerant performance and possessed adequate sensitivity when serving as a resistive sensing material. Therefore, this work provides a new way to prepare multifunctional conductive hydrogels with good toughness, sensing performance and temperature tolerance to expand the application range of hydrogel-based strain sensors.
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