Gelatin Enhanced Gels with Superior Self-Healing and Freezing-Tolerant Properties for Multifunctional Flexible Strain Sensors

自愈 材料科学 乙二醇 自愈水凝胶 明胶 纳米技术 聚合物 化学工程 复合材料 高分子化学 化学 医学 替代医学 病理 工程类 生物化学
作者
Wei Gao,Guangchao Zheng,Zhiming Yang,Xinxian Ma,Zhiqiang Wu
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:63 (24): 10627-10636
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.4c01056
摘要

Hydrogels with integrated attributes of mechanical toughness, transparency, self-healing ability, and freezing tolerance have attracted tremendous attention because of their promising applications in advanced intelligent systems, flexible energy storage devices, and wearable electronics. Herein, we developed a multifunctional gel polymer with hybrid double network structures by introducing the biological macromolecular chains of gelatin and chemically cross-linked DMA (N,N-dimethylacrylamide)-AA (acrylic acid) chains into the binary solvent of ethylene glycol and water. Due to the synergy of the double networks and abundant dynamic noncovalent interactions, the as-prepared gel exhibits high stretchability (up to 1070%), excellent tensile strength (up to 102 kPa), and good self-healing efficiency (up to 85%), which can serve as a sensitive, fast-responsive, and durable strain sensor with self-healing function for real-time detection of different parts of human movements (finger, wrist, elbow, neck, and keen). Noticeably, in view of the inhibitory effect of ethylene glycol molecules on ice crystal growth, a freezing-resistant communication device based on the gel sensor is successfully designed, which can encrypt and transmit various messages to the receiver even in an extremely cold environment of −35 °C. We believe that this work will provide a feasible method to construct mechanically toughened, self-healing, and low-temperature tolerant flexible materials for versatile applications in wearable electronics.
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