Lignin-Ethylene Glycol Improved Hydrogel with Antifreezing and Antiswelling Properties As a Flexible Sensor for Underwater Motion Monitoring

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作者
Xing Gao,Yutong Wang,Jie Wu,Zhenghao Xue,Chufan Yan,Hongchao Zhang,Yanan Wang,Ying Zhang,Minghao Jiang,Yanqiang Zhao
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (41): 15159-15172 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c05363
摘要

Conductive hydrogels have great potential as flexible sensors for motion monitoring. However, their practical applications are still limited due to the poor functional stability of high-water-content hydrogels at low temperatures and in wet environments. In this paper, a hydrogel composite system was synthesized with various hydrogen-bonding interactions. The main strategy was to introduce ethylene glycol (EG) and alkaline lignin (AL) into a polymer network. Except for EG, a moderate amount of AL (2 wt %) significantly enhanced the freeze resistance of the hydrogel. Moreover, the antiswelling ability of hydrogel improved significantly (the optimal swelling rate was 10%) with the introduction of AL. After a long-term immersion of the hydrogel in water, no change in mechanical properties (elongation at break > 300%, tensile strength > 0.13 MPa), frost resistance (−25.88 °C), and conductivity (0.18 S/m) were observed. Notably, the hydrogel sensor could accurately detect human and aquatic organisms’ movements in water. The sensor was also assembled into a wireless sensing device to transmit information via Bluetooth technology and display an electromyography signal equivalent to that of a commercial Ag/AgCl gel electrode. This green, low-cost, and sustainable antifreezing and antiswelling hydrogel sensor exhibits great potential in low-temperature and underwater sensing applications.
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