Scalable Layered Heterogeneous Hydrogel Fibers with Strain‐Induced Crystallization for Tough, Resilient, and Highly Conductive Soft Bioelectronics

材料科学 自愈水凝胶 生物电子学 韧性 弹性(材料科学) 导电体 电容感应 纳米技术 复合材料 导电聚合物 聚合物 计算机科学 生物传感器 操作系统 高分子化学
作者
Pengle Cao,Sheng Wang,Jian Yang,Shichao Niu,Xinglong Pan,Wanheng Lu,Luhong Li,Yiming Xu,Jiabin Cui,Ghim Wei Ho,Xiao‐Qiao Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202409632
摘要

Abstract The advancement of soft bioelectronics hinges critically on the electromechanical properties of hydrogels. Despite ongoing research into diverse material and structural strategies to enhance these properties, producing hydrogels that are simultaneously tough, resilient, and highly conductive for long‐term, dynamic physiological monitoring remains a formidable challenge. Here, a strategy utilizing scalable layered heterogeneous hydrogel fibers (LHHFs) is introduced that enables synergistic electromechanical modulation of hydrogels. High toughness (1.4 MJ m −3 ) and resilience (over 92% recovery from 200% strain) of LHHFs are achieved through a damage‐free toughening mechanism that involves dense long‐chain entanglements and reversible strain‐induced crystallization of sodium polyacrylate. The unique symmetrical layered structure of LHHFs, featuring distinct electrical and mechanical functional layers, facilitates the mixing of multi‐walled carbon nanotubes to significantly enhance electrical conductivity (192.7 S m −1 ) without compromising toughness and resilience. Furthermore, high‐performance LHHF capacitive iontronic strain/pressure sensors and epidermal electrodes are developed, capable of accurately and stably capturing biomechanical and bioelectrical signals from the human body under long‐term, dynamic conditions. The LHHF offers a promising route for developing hydrogels with uniquely integrated electromechanical attributes, advancing practical wearable healthcare applications.
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