Self-adhesive, self-healing, biocompatible and conductive polyacrylamide nanocomposite hydrogels for reliable strain and pressure sensors

材料科学 自愈水凝胶 自愈 标度系数 纳米复合材料 压阻效应 生物相容性 复合材料 碳纳米管 压力传感器 弹性体 纳米技术 高分子化学 冶金 病理 制作 替代医学 物理 热力学 医学
作者
Yongji Li,Dan Yang,Zhiyi Wu,Fu‐Lin Gao,Xuan‐Zhi Gao,Haoyu Zhao,Xiaofeng Li,Zhong‐Zhen Yu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:109: 108324-108324 被引量:136
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108324
摘要

To realize long-term and stable applications of wearable and flexible sensors for motion detection, health analysis and wisdom medication in harsh environments, self-healing, self-adhesive, electrically conductive and biocompatible polyacrylamide (PAM) nanocomposite hydrogels are fabricated as flexible strain or pressure sensors by in situ polymerization of acrylamide in the presence of polydopamine-modified carbon nanotubes (PDA@CNTs) for effectively detecting human motions, identifying materials and their shapes, and transmitting health information. The resultant PDA@CNT/PAM nanocomposite hydrogel exhibits a high self-healing efficiency of 97.3%, excellent biocompatibility, and strong adhesion with substrates based on hydrogen bonding and π–π stacking interactions. Based on the piezoresistive effect, the nanocomposite hydrogel-based strain sensor exhibits a high sense gauge factor of 3.93 at a strain of 400% and responds quickly with a fast response time of 76 ms when detecting human movement. Thanks to the contact electrification and the electrostatic induction, the nanocomposite hydrogel-based pressure sensor can respond to pressure linearly and generate voltage signals in the absence of an additional power supply. Furthermore, the self-powered smart ring made of the silicone rubber-coated PDA@CNT/PAM hydrogel enables efficient and concise information transmission via Morse code.
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