Stable, Strain-Sensitive Conductive Hydrogel with Antifreezing Capability, Remoldability, and Reusability

材料科学 乙烯醇 聚苯胺 导电体 电极 纳米技术 生物传感器 复合材料 导电聚合物 自愈水凝胶 电导率 化学工程 聚合物 高分子化学 聚合 物理化学 化学 工程类
作者
Chengxin Hu,Yulin Zhang,Xiangdong Wang,Xing Lu,Lingying Shi,Rong Ran
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (50): 44000-44010 被引量:258
标识
DOI:10.1021/acsami.8b15287
摘要

Conductive hydrogels have important potential in biosensors, bioactuators, and health recording electrodes, but they are often troubled by sensitivity, operating temperature range, and whether they can be recycled or not. In this paper, conductive hydrogels poly(vinyl alcohol)/glycerol/polyaniline (PGA) were prepared by organic combination of low-cost poly(vinyl alcohol) (PVA), polyaniline (PANi), and glycerin. First, the effects of PVA, glycerol, and aniline/phytic acid solution concentration on the mechanical properties, electrical properties, and frost resistance of the PGA gel were discussed. Second, the interaction energies of PVA, PANi, phytic acid, glycerol, and water molecules were analyzed by Materials Studio. Then, a simple biosensor fabricated using the PGA gel realized the detection of the conventional motion signal of the human body. The conductive gel has high sensitivity (GF = 2.14), fast response time (230 ms), and can be circulated several times (∼540 cycles). Furthermore, the PGA conductive gel can maintain good electrical conductivity (0.32 S/m) and mechanical properties even at −20 °C. Also, the gel can be recovered by injection heating, cooling, and cyclic freeze–thaw three-step method. It is believed that the PGA conductive gel would be used as a novel multifunctional material at subzero temperatures in various fields, such as flexible electrode, sensors, and wearable devices.
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