A low-modulus, adhesive, and highly transparent hydrogel for multi-use flexible wearable sensors

材料科学 自愈水凝胶 可穿戴计算机 羧甲基纤维素 极限抗拉强度 聚合物 复合材料 模数 纳米技术 计算机科学 高分子化学 嵌入式系统 冶金
作者
Dongyang Yu,Yanhua Teng,Ninghong Zhou,Yiting Xu,Xiaobei Wang,Xiuling Lin,Qingping Wang,Changguo Xue
出处
期刊:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects [Elsevier BV]
卷期号:659: 130752-130752 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.colsurfa.2022.130752
摘要

Flexible materials have been widely applied in wearable sensors, but their high modulus and non-adhesion impede their widespread applications. In this work, a polyacrylic acid (PAA)-enhanced carboxymethyl cellulose (CMC) hydrogel (PEC hydrogel) was prepared via a two-step method to be utilized in flexible wearable sensors. The hydrogel presented a transparency of over 90 % (400–800 nm). Because of polymer chain entanglements and non-covalent interactions between PAA and CMC, the tensile properties of the hydrogel were enhanced, affording the PEC hydrogel with high stretchability (492 %) and low tensile strength (< 12.5 kPa). A hydrogel-based resistive strain sensor exhibited a wide sensing range (0–300 %, GF = 3.16), fast response time (125 ms), and excellent durability (over 1500 cycles from 0 % to 100 % strain). Owing to the introduction of polar groups, the hydrogel could be adhered to various substrates, and the peeling strength on pig skin (a replacement for human skin) was 53.97 N/m. Thanks to its low modulus, adhesion, and sensing performance, the hydrogel was assembled into a wearable strain sensor that accurately detected multiple human body movements. The hydrogel was also applied in a capacitive pressure sensor, which possessed a fast response time (100 ms) and high sensitivity. This work provides facile method for fabricating hydrogels used in Multi-use Flexible Wearable Sensors.
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