Self-healing, environmentally stable and adhesive hydrogel sensor with conductive cellulose nanocrystals for motion monitoring and character recognition

胶粘剂 纤维素 自愈 纳米纤维素 性格(数学) 环境友好型 材料科学 导电体 纳米技术 自粘 纳米晶 复合材料 化学工程 工程类 生态学 数学 医学 病理 生物 替代医学 图层(电子) 几何学
作者
Yafang Wang,Anrong Yao,Baojie Dou,Cuimin Huang,Lin Yang,Juan Liang,Jianwu Lan,Shaojian Lin
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:332: 121932-121932 被引量:54
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2024.121932
摘要

Conductive hydrogel-based sensors offer diverse applications in artificial intelligence, wearable electronic devices and character recognition management. However, it remains a significant challenge to maintain their satisfactory performances under extreme climatic conditions. Herein, a stretchable, self-adhesive, self-healing and environmentally stable conductive hydrogel was developed through free radical polymerization of hydroxyethyl acrylate (HEA) and poly(ethylene glycol) methacrylate (PEG) as the skeleton, followed by the incorporation of polyaniline-coated cellulose nanocrystal (CNC@PANI) as the conductive and reinforced nanofiller. Encouragingly, the as-prepared hydrogel (CHP) exhibited decent mechanical strength, satisfactory self-adhesion, prominent self-healing property (95.04 % after 60 s), excellent anti-freezing performance (below −60 °C) and outstanding moisture retention. The assembled sensor derived from CHP hydrogel possessed a low detection limit (0.5 % strain), high strain sensitivity (GF = 1.68) and fast response time (96 ms). Remarkably, even in harsh environmental temperatures from −60 °C to 80 °C, it reliably detected subtle and large-scale human motion for a long-term process (>10,000 cycles), manifesting its exceptional environmental tolerance. More interestingly, this hydrogel-based sensor could be assembled into a “writing board” for accurate handwritten numeral recognition. Therefore, the as-obtained multifunctional hydrogel could be a promising material applied in human motion detection and character recognition platforms even in harsh surroundings.
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