Ion‐Selective Mobility Differential Amplifier: Enhancing Pressure‐Induced Voltage Response in Hydrogels

离子 放大器 自愈水凝胶 差速器(机械装置) 材料科学 电压 化学 光电子学 电气工程 高分子化学 物理 工程类 CMOS芯片 有机化学 热力学
作者
Jing Wang,Bolong Li,Zhihao Ma,Jiangang Xu,Sheng Wang,Zhiheng Zeng,Derek Ho
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202415000
摘要

Piezoionics is an emerging mechanical‐electrical energy conversion paradigm that enables self‐powered sensing systems for next‐generation intelligent wearable electronics. However, there are currently no rational design approaches to enhance the stimulus response of piezoionic devices. Here, we present a strategy using crown ether as ion‐selective mobility differential amplifiers for enhancing the pressured‐induced voltage response in ionic polyvinyl alcohol (PVA) hydrogels. The crown ether grafted PVA (PVA‐CE) hydrogel prototype achieves a 30‐fold amplified piezoionic coefficient of 1490 nV Pa−1 within 0 – 1 kPa, compared to 49 nV Pa−1 of the unmodified PVA. The PVA‐CE exhibits an ultra‐low pressure detection limit of 0.2 Pa with a fast response time of 18.1 ms. Leveraging these properties, we further demonstrate a human somatosensory network analogous PVA‐CE piezoionic skin using arrayed pressure sensing. These capabilities hold great promise for emerging healthcare applications such as synthetic biology, soft robotics, and beyond.
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