Magnetically induced anisotropic conductive hydrogels for multidimensional strain sensing and magnetothermal physiotherapy

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作者
Xuehui Zhang,Bo Lang,Wenwen Yu,Lan Jia,Fengbo Zhu,Yanru Xue,Xiaogang Wu,Yi‐Xian Qin,Weiyi Chen,Yanqin Wang,Qiang Zheng
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:474: 145832-145832 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.145832
摘要

In this study, we present the development of wearable electronic devices with integrated sensing and physiotherapy functionalities, aiming to advance flexible multidimensional strain sensors. The as-developed electronic devices are based on a composite hydrogel with unique anisotropic electromechanical properties and exceptional magnetothermal capabilities. Specifically, two-dimensional nanohybrids possessing both conductive and magnetic properties are induced to align orientationally within the polyvinyl alcohol (PVA) network through a magnetic field pre-induction strategy, resulting in the conductive hydrogels with anisotropic structures. The as-optimized composite hydrogel demonstrates distinct conductivities in the parallel and vertical directions, enabling the creation of a multidimensional strain sensor. This sensor is capable of accurately sensing strains in orthogonal directions, with distinguishable gauge factors (GF∥ = 3.20, while GF⊥ = 1.78) within the tensile strain range of 0 ∼ 60%. Additionally, the strain sensor exhibits a relatively fast response time (t∥ = 74.47 ms, t⊥ = 157.63 ms). Moreover, the composite hydrogel exhibits excellent magnetothermal physiotherapy capabilities, making it suitable for therapeutic applications. Furthermore, the conductive hydrogel can be assembled into a 3D distribution array, enabling the detection of both the magnitude and spatial distribution of stress. In summary, the anisotropic conductive hydrogel shows promise as a next-generation, multidimensional flexible strain and stress sensors with rehabilitation assistant functions.
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