Recyclable Organic Ionic Conductive Hydrogels for Flexible Wearable Sensors with Excellent Environmental Resistance

自愈水凝胶 材料科学 乙烯醇 纳米纤维 可穿戴计算机 化学工程 纤维素 纳米技术 复合材料 计算机科学 聚合物 高分子化学 嵌入式系统 工程类
作者
Zhenfeng Sun,Yanhao Li,Guosheng Zhang,Zhengyan Chen,Fang Ren,Yanling Jin,Penggang Ren
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (9): 6626-6639 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsaelm.4c01073
摘要

Hydrogel sensors encounter limitations in practical applications due to factors such as a narrow operating temperature range, suboptimal mechanical properties, and limited recyclability. The development of hydrogel-based wearable sensors that can effectively operate in hot-wet or cold-dry environments remains a significant challenge. In this study, the PVA@CNF-FeCl3-CNT (PCFC) hydrogel, based on poly(vinyl alcohol) (PVA) and cellulose nanofibers (CNFs), was prepared using a one-pot cyclic freeze–thaw process and a binary solvent system instead of pure water. The PCFC strain/pressure sensor exhibited remarkable characteristics including high sensitivity (S = 4.013% kPa–1 over a pressure range of 0–398 kPa), wide response range (7615 kPa), and exceptional durability (over 10,000 cycles), as well as short response time (83 ms) and recovery time (83 ms). It accurately detected various limb movements (e.g., finger flexion) and physiological signals (e.g., pulse) in real-time at both low (−25 °C) and high temperatures (50 °C). Furthermore, the PCFC organic hydrogels are fully reusable, owing to their construction based on noncovalent interactions and their remarkable thermoplasticity. This work presents a promising approach for utilizing hydrogel sensors as long-term wearable devices in extreme environments, while also addressing the recycling of waste hydrogel materials.
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