Anisotropic, Flexible Wood Hydrogels and Wrinkled, Electrodeposited Film Electrodes for Highly Sensitive, Wide-Range Pressure Sensing

材料科学 复合材料 自愈水凝胶 纤维素 各向异性 电极 石墨烯 电容 电容感应 抗压强度 压力(语言学) 纳米技术 化学工程 高分子化学 光学 物理 工程类 哲学 物理化学 操作系统 化学 语言学 计算机科学
作者
Kangchen Nie,Zhaosong Wang,Ruixin Tang,Li Zheng,Caicai Li,Xiaoping Shen,Qingfeng Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (38): 43024-43031 被引量:80
标识
DOI:10.1021/acsami.0c13962
摘要

Biological muscles generally possess well-aligned muscle fibers and thus excellent strength and toughness. Inspired by their microstructure, tough wood hydrogels with a preserved unique alignment of cellulose fibers, mechanical anisotropy, and desirable flexibility were developed by introducing chemically and ionically cross-linked poly(acrylic acid) (PAA) into the abundant pores of delignified wood. PAA chains well infiltrated the parallelly aligned cellulose fibers of wood and formed a layer-by-layer network structure, resulting in strong, elastic tangential, and radial wood hydrogel slices. The tangential slices had a high compressive strength of 1.73 MPa and a maximum strain at fracture of 69.4%, while those of the radial slices were 0.6 MPa and 47.0%. After sandwiching the radial and tangential hydrogel slices with reduced graphene oxide (rGO) film electrodes into capacitive pressure sensors (CPSs), the tangential CPS displayed the most desired, gradient sensitivity values in the whole stress range. Additionally, the wrinkling treatment of the rGO electrode greatly improved the capacitance responsiveness toward pressure. The real-time sensing stress values of our tangential CPS during monitoring practical human activities were calculated in the range of 0.1–1.3 MPa, demonstrating the achievement of ultrafast, highly sensitive, and wide-stress-range detection for potential applications in human–machine interfaces.
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