Self-Healing, Freeze-Resistant, and Sustainable Aloe Polysaccharide-Based Hydrogels for Multifunctional Sensing

自愈水凝胶 标度系数 极限抗拉强度 自愈 纳米技术 相对湿度 壳聚糖 乙烯醇 生物医学工程 复合材料 化学工程 材料科学 制作 聚合物 医学 高分子化学 工程类 热力学 物理 病理 替代医学
作者
Suijun Xiao,Yufei Lao,Hongbo Liu,Dacheng Li,Qiaoyan Wei,Liangdong Ye,Shaorong Lu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (11): 4464-4475 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c07389
摘要

Although designing wearable sensors by using sustainable hydrogels has been gaining widespread attention, the fabrication of inexpensive biobased hydrogel sensors with fast self-healing and antibacterial abilities remains challenging. In this study, biobased green hydrogels were prepared from aloe vera polysaccharides (AP), poly(vinyl alcohol), and sodium alginate (SA). Their mechanical, electrical, biodegradable, and self-healing characteristics were investigated. The hydrogel with an AP/SA ratio of 9:2 demonstrated excellent tensile properties with an elongation at break, tensile toughness, and electrical conductivity of 1477.3%, 1.19 MJ/m3, and 12.67 × 10–2 S/m, respectively. The hydrogel remained electrically conductive at −20 °C. During strain sensing, it exhibited excellent stability and sensitivity (gauge factor: 9.2), a wide strain range (up to 1400%), and a high self-healing efficiency of 96.1% over 4 min. It was also able to detect low strains (1%). These properties enabled the hydrogel assembly into wearable sensors to monitor physiological signals generated by large movements of body joints, small facial expression changes, talking, and drinking. An assembled humidity sensor detected relative humidity levels of 45–98% and monitored human body respiration patterns in different exercise states. Consequently, the prepared hydrogel is a potential functional material for sustainable, flexible, wearable electronics.
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