Carbon Nanotubes/Hydrophobically Associated Hydrogels as Ultrastretchable, Highly Sensitive, Stable Strain, and Pressure Sensors

材料科学 自愈水凝胶 标度系数 碳纳米管 复合材料 韧性 压力传感器 纳米复合材料 纳米技术 制作 医学 热力学 物理 病理 高分子化学 替代医学
作者
Zhihui Qin,Xia Sun,Qingyu Yu,Haitao Zhang,Xiaojun Wu,Mengmeng Yao,Wenwen Liu,Fanglian Yao,Junjie Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (4): 4944-4953 被引量:322
标识
DOI:10.1021/acsami.9b21659
摘要

Conductive hydrogels have become one of the most promising materials for skin-like sensors because of their excellent biocompatibility and mechanical flexibility. However, the limited stretchability, low toughness, and fatigue resistance lead to a narrow sensing region and insufficient durability of the hydrogel-based sensors. In this work, an extremely stretchable, highly tough, and anti-fatigue conductive nanocomposite hydrogel is prepared by integrating hydrophobic carbon nanotubes (CNTs) into hydrophobically associated polyacrylamide (HAPAAm) hydrogel. In this conductive hydrogel, amphiphilic sodium dodecyl sulfate was used to ensure uniform dispersion of CNTs in the hydrogel network, and hydrophobic interactions between the hydrogel matrix and the CNT surface formed, greatly improving the mechanical properties of the hydrogel. The obtained CNTs/HAPAAm hydrogel showed excellent stretchability (ca. 3000%), toughness (3.42 MJ m-3), and great anti-fatigue property. Moreover, it exhibits both high tensile strain sensitivity in the wide strain ranges (gauge factor = 4.32, up to 1000%) and high linear sensitivity (0.127 kPa-1) in a large-pressure region within 0-50 kPa. The CNTs/HAPAAm hydrogel-based sensors can sensitively and stably detect full-range human activities (e.g., elbow rotation, finger bending, swallowing motion, and pronouncing) and handwriting, demonstrating the CNTs/HAPAAm hydrogel's potential as the wearable strain and pressure sensors for flexible devices.
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