Bioinspired Hydrogel Interferometer for Adaptive Coloration and Chemical Sensing

材料科学 纳米技术 自愈水凝胶 干涉测量 复合材料 光学 高分子化学 物理
作者
Meng Qin,Mo Sun,Ruobing Bai,Yiqi Mao,Xiaoshi Qian,Dipika Sikka,Yuan Zhao,H. Jerry Qi,Zhigang Suo,Ximin He
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (21) 被引量:248
标识
DOI:10.1002/adma.201800468
摘要

Abstract Living organisms ubiquitously display colors that adapt to environmental changes, relying on the soft layer of cells or proteins. Adoption of soft materials into an artificial adaptive color system has promoted the development of material systems for environmental and health monitoring, anti‐counterfeiting, and stealth technologies. Here, a hydrogel interferometer based on a single hydrogel thin film covalently bonded to a reflective substrate is reported as a simple and universal adaptive color platform. Similar to the cell or protein soft layer of color‐changing animals, the soft hydrogel layer rapidly changes its thickness in response to external stimuli, resulting in instant color change. Such interference colors provide a visual and quantifiable means of revealing rich environmental metrics. Computational model is established and captures the key features of hydrogel stimuli‐responsive swelling, which elucidates the mechanism and design principle for the broad‐based platform. The single material–based platform has advantages of remarkable color uniformity, fast response, high robustness, and facile fabrication. Its versatility is demonstrated by diverse applications: a volatile‐vapor sensor with highly accurate quantitative detection, a colorimetric sensor array for multianalyte recognition, breath‐controlled information encryption, and a colorimetric humidity indicator. Portable and easy‐to‐use sensing systems are demonstrated with smartphone‐based colorimetric analysis.
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