Skin-mimicking strategy to fabricate strong and highly conductive anti-freezing cellulose-based hydrogels as strain sensors

自愈水凝胶 材料科学 纤维素 聚合 化学工程 溶剂 复合材料 纳米技术 高分子化学 聚合物 化学 有机化学 工程类
作者
Yitong Xie,Shishuai Gao,Junyu Jian,Xiaoyu Shi,Chenhuan Lai,Chunpeng Wang,Feng Xu,Fuxiang Chu,Daihui Zhang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:227: 462-471 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.12.079
摘要

Conductive hydrogels have attracted increasing attention for applications in wearable and flexible strain sensors. However, owing to their relatively weak strength, poor elasticity, and lack of anti-freezing ability, their applications have been limited. Herein, we present a skin-mimicking strategy to fabricate cellulose-enhanced, strong, elastic, highly conductive, and anti-freezing hydrogels. Self-assembly of cellulose to fabricate a cellulose skeleton is essential for realizing a skin-mimicking design. Furthermore, two methods, in situ polymerization and solvent replacement, were compared and investigated to incorporate conductive and anti-freezing components into hydrogels. Consequently, when the same ratio of glycerol and lithium chloride was used, the anti-freezing hydrogels prepared by in situ polymerization showed relatively higher strength (1.0 MPa), while the solvent-replaced hydrogels exhibited higher elastic recovery properties (94.6 %) and conductivity (4.5 S/m). In addition, their potential as strain sensors for monitoring human behavior was analyzed. Both hydrogels produced reliable signals and exhibited high sensitivity. This study provides a new horizon for the fabrication of strain sensors that can be applied in various environments.
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