Competitive proton-trapping strategy enhanced anti-freezing organohydrogel fibers for high-strain-sensitivity wearable sensors

俘获 材料科学 灵敏度(控制系统) 拉伤 质子 可穿戴计算机 纳米技术 复合材料 光电子学 计算机科学 解剖 电子工程 量子力学 医学 生物 物理 工程类 嵌入式系统 生态学
作者
Zhujun Chen,He Liu,Xinyiming Lin,Xianming Mei,Wei Lyu,Yaozu Liao
出处
期刊:Materials horizons [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (9): 3569-3581 被引量:19
标识
DOI:10.1039/d3mh00459g
摘要

Stretchable organohydrogel fibers are attracting considerable interest for next-generation flexible and wearable soft strain sensors due to their excellent stability in harsh environments. However, due to the uniformly distributed ions and reduced number of carriers in the whole material, the sensitivity of organohydrogel fibers under subzero temperature is not desirable, which significantly hinders their practical application. Herein, a newly competitive proton-trapping strategy was designed to obtain anti-freezing organohydrogel fibers for high-performance wearable strain sensors via a simple freezing-thawing process, in which tetraaniline (TANI), serving as the proton trapper, and representing the shortest repeated structural unit of polyaniline (PANI), was physically crosslinked with polyvinyl alcohol (PVA) (PTOH). The as-prepared PTOH fiber exhibited an outstanding sensing performance at -40 °C due to the unevenly distributed ion carriers and the highly breakable proton-migration pathways, with a high gauge factor of 24.6 at a strain of 200-300%. Moreover, the existence of hydrogen bonds between the TANI and PVA chains endowed PTOH with a high tensile strength (1.96 MPa) and toughness (8.0 MJ m-3). Accordingly, strain sensors made from PTOH fibers and knitted textiles could monitor human motions rapidly and sensitively, demonstrating their potential as wearable anti-freezing anisotropic strain sensors.
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