Stratum Corneum‐Inspired Zwitterionic Hydrogels with Intrinsic Water Retention and Anti‐Freezing Properties for Intelligent Flexible Sensors

自愈水凝胶 角质层 材料科学 聚合物 离子键合 化学工程 单体 互穿聚合物网络 复合材料 纳米技术 高分子化学 有机化学 化学 医学 病理 工程类 离子
作者
Meng Wu,Chenyu Qiao,Peng‐Fei Sui,Jing‐Li Luo,Zuoli Li,Yi Cao,Renjun Pei,Xuwen Peng,Hongbo Zeng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (31) 被引量:37
标识
DOI:10.1002/adfm.202422755
摘要

Abstract Hydrogels, which mimic the properties of natural tissues, are essential for flexible electronics in human‐machine interfaces (HMIs). However, traditional hydrogels suffer from dehydration, compromising stability and functionality. To address this issue, a stratum corneum‐inspired, water‐retaining hydrogel is developed using hygroscopic polymers and bound water. Three types of hydrophilic monomers (non‐ionic, mono‐ionic, and zwitterionic) are explored, with polyzwitterions, particularly N,N‐dimethyl (acrylamidopropyl) ammonium propane sulfonate (DMAAPS), forming a quasi‐hydrogel that retains the softness and flexibility of conventional hydrogels. Water acts as a plasticizer, enhancing polymer chain mobility and reducing stiffness. The DMAAPS hydrogel maintains 100% weight retention under specific humidity conditions and shows skin‐like softness across a wide humidity range. The Young's modulus increases from 54 to 118 kPa as relative humidity decreases from 80% to 40%. The absence of free water confers intrinsic anti‐freezing properties. A triple crosslinking mechanism and conductive polymers endow the hydrogel with stretchability (> 2000%), toughness, elasticity, self‐healing, and stable sensing capabilities. The hydrogel functions as an excellent flexible sensor for real‐time, sensitive detection of human motion and physiological signals. An intelligent handwriting recognition platform with high accuracy is also established using double‐channel signal collection and machine learning algorithms, offering insights for next‐generation durable, biomimetic, and smart HMIs.
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