Tongue-inspired gelatin/poly(acrylate-co-acrylamide)-Fe3+ organic hydrogel with tunable mechanical, electrical, and sensory properties

丙烯酰胺 明胶 丙烯酸酯 材料科学 丙烯酸 自愈水凝胶 高分子化学 化学工程 聚合物 纳米技术 复合材料 化学 有机化学 共聚物 工程类
作者
Yuwei Chen,Ziyu Chang,Ying Liu,Xuan Wan,Tianyu Wang,Zhehao Zhou,Guangli Li
出处
期刊:European Polymer Journal [Elsevier BV]
卷期号:210: 112992-112992 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.eurpolymj.2024.112992
摘要

Conductive hydrogels have emerged as one of the most promising candidates for the next generation of wearable soft electronics. However, they face limitations during practical implementation owing to their unbalanced overall properties. In this study, we present a dynamic cross-linked gelatin/poly(acrylic acid-co-acrylamide) (GxPyFez) hydrogel with tunable mechanical strength, self-healing, freezing resistance, electrical conductivity, and high sensitivity, which was prepared by incorporating dynamic Fe3+ ions. The hydrogel was prepared based on the tongue, in which gelatin/poly(acrylic acid-co-acrylamide) and Fe3+ ions mimic the connective tissue and receptor cells of the human tongue. The synergistic effect of reversible crosslinking, along with the modulation of rigid and flexible components enabled tunable flexible structures that exhibit excellent mechanical properties such as elongation at break (569 %) and toughness (8.82 MJ m−3). Notably, the G2P3Fe0.1 hydrogel exhibited remarkable self-healing ability, even at room temperature, while maintaining a good freezing resistance. Furthermore, the G2P3Fe0.1 demonstrated fast response characteristics along with a high sensitivity (GF = 2.75). Consequently, it could be assembled into sensors capable of effectively detecting various movements of the human body; it serves as an electronic skin that responds to diverse external stimuli and monitors underwater motion signals. This study provides new insights into the design of conductive hydrogels with tunable overall properties that can be modified to suit specific application scenarios.
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