An MXene-doped PVA/PVP hydrogel-based strain sensor applicable in liquid environment

材料科学 聚乙烯醇 自愈水凝胶 聚乙烯吡咯烷酮 肿胀 的 制作 化学工程 复合材料 高分子化学 医学 工程类 病理 替代医学
作者
Ying Yi,Mu Chiao,Khaled A. Mahmoud,Bo Wang
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:32 (2): 025010-025010 被引量:11
标识
DOI:10.1088/1361-665x/acafbc
摘要

Abstract Hydrogel-based strain sensors garner immense interest in view of their excellent mechanical properties and sensing performance for applications in a liquid environment. However, swelling of hydrogel in liquid would significantly degrade its electro-mechanical performance. This work presents a new fabrication method for an anti-swellable hydrogel synthesized by mixing titanium carbide (Ti 3 C 2 T x ) MXene nanoparticles with polyvinyl alcohol (PVA) and polyvinylpyrrolidone (PVP) blend. A strong interaction can be formed between the double-network PVA/PVP hydrogel matrixes through a cyclic freezing–thawing method, and the addition of the MXene further improves the electro-mechanical properties of the hydrogel. Our results reveal that the synthesized MXene-PVA/PVP hydrogel (MX-hydrogel) improves the gauge factor of the sensor by 61% compared to that of a hydrogel without adding MXene nanoparticles when applied as a strain sensor. Moreover, the MX-hydrogel formed in its recovery stage exhibits a volume-limited swelling, which can be regarded as anti-swellable behavior. Finally, the synthesized MX-hydrogel’s structural, elastic, thermal, and electrical properties are investigated, paving the way toward dosage monitoring as a demonstration of the application.
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