Tannic acid modified antifreezing gelatin organohydrogel for low modulus, high toughness, and sensitive flexible strain sensor

明胶 材料科学 韧性 单宁酸 复合材料 极限抗拉强度 自愈水凝胶 弹性模量 模数 高分子化学 化学 生物化学 有机化学
作者
Syed Farrukh Alam Zaidi,Yun Ah Kim,Aiman Saeed,Nasir Sarwar,Nae‐Eung Lee,Dae Ho Yoon,Byungkwon Lim,Jung Heon Lee
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:209 (Pt B): 1665-1675 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.04.099
摘要

Current hydrogel strain sensors have met assorted essential requirements of wearing comfort, mechanical toughness, and strain sensitivity. However, an increment in the toughness of a hydrogel usually leads to an increase in elastic moduli that could be unfavorable for wearing comfort. In addition, traits of biofriendly and sustainability require synthesis of the hydrogels from natural polymer-based networks. We propose a novel strategy to fabricate an ionic conductive organohydrogel from natural biological macromolecule "gelatin" and polyacid "tannic acid" to resolve these challenges. Tannic acid modified the structure of the gelatin network in the ionic conductive organohydrogels, that not only led to an increase in toughness accompanying a decrease in elastic moduli but also headed to higher strain sensitivity and tunability. The proposed methodology exhibited tunable tensile modulus from 27 to 13 kPa, tensile strength from 287 to 325 kPa, elongation at fracture from 510 to 620%, toughness from 500 to 550 kJ/m3, conductivity from 0.29 to 0.8 S/m, and strain sensitivity (GF = 1.4-6.5). Moreover, the proposed organohydrogel exhibited excellent freezing tolerance. This study provides a facile yet powerful strategy to tune the mechanical and electrical properties of organohydrogels which can be adapted to various wearable sensors.
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