Highly Elastic, Fatigue-Resistant, and Antifreezing MXene Functionalized Organohydrogels as Flexible Pressure Sensors for Human Motion Monitoring

材料科学 人体运动 压力传感器 复合材料 运动(物理) 纳米技术 机械工程 人工智能 计算机科学 工程类
作者
Yutong Han,Yuzhong Cao,Haozhe Zhuang,Yu Yao,Huina Cao,Zhanhong Li,Zifeng Wang,Zhigang Zhu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c12852
摘要

Conductive organohydrogels-based flexible pressure sensors have gained considerable attention in health monitoring, artificial skin, and human-computer interaction due to their excellent biocompatibility, wearability, and versatility. However, hydrogels' unsatisfactory mechanical and unstable electrical properties hinder their comprehensive application. Herein, an elastic, fatigue-resistant, and antifreezing poly(vinyl alcohol) (PVA)/lipoic acid (LA) organohydrogel with a double-network structure and reversible cross-linking interactions has been designed, and MXene as a conductive filler is functionalized into organohydrogel to further enhance the diverse sensing performance of flexible pressure sensors. The as-fabricated MXene-based PVA/LA organohydrogels (PLBM) exhibit stable fatigue resistance for over 450 cycles under 40% compressive strain, excellent elasticity, antifreezing properties (<−20 °C), and degradability. Furthermore, the pressure sensors based on the PLBM organohydrogels show a fast response time (62 ms), high sensitivity (S = 0.0402 kPa–1), and excellent stability (over 1000 cycles). The exceptional performance enables the sensors to monitor human movements, such as joint flexion and throat swallowing. Moreover, the sensors integrating with the one-dimensional convolutional neural networks and the long–short-term memory networks deep learning algorithms have been developed to recognize letters with a 93.75% accuracy, representing enormous potential in monitoring human motion and human-computer interaction.
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