Anti-Freezing and Ultrasensitive Zwitterionic Betaine Hydrogel-Based Strain Sensor for Motion Monitoring and Human–Machine Interaction

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作者
Yanqi Yin,Rui Xie,Zewei Sun,Tianzong Jiang,Bingchen Zhou,Yan Yu,He Ding,Shili Gai,Piaoping Yang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (17): 5351-5360 被引量:39
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c01252
摘要

Ultrasensitive and reliable conductive hydrogels are significant in the construction of human-machine twinning systems. However, in extremely cold environments, freezing severely limits the application of hydrogel-based sensors. Herein, building on biomimetics, a zwitterionic hydrogel was elaborated for human-machine interaction employing multichemical bonding synergies and experimental signal analyses. The covalent bonds, hydrogen bonds, and electrostatic interactions construct a dense double network structure favorable for stress dispersion and hydrogen bond regeneration. In particular, zwitterions and ionic conductors maintained excellent strain response (99 ms) and electrical sensitivity (gauge factor = 14.52) in the dense hydrogel structure while immobilizing water molecules to enhance the weather resistance (-68 °C). Inspired by the high sensitivity, zwitterionic hydrogel-based strain sensors and remote-control gloves were designed by analyzing the experimental signals, demonstrating promising potential applications within specialized flexible materials and human-machine symbiotic systems.
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