Carbon Nanotube Aerogel-Based Composite Hydrogel for Strain Sensing

自愈水凝胶 气凝胶 材料科学 标度系数 碳纳米管 复合数 乙烯醇 复合材料 聚合物 纳米技术 高分子化学 制作 医学 替代医学 病理
作者
Ruidong Chu,Wenxia Liu,Lei Zhu,Dehai Yu,Zhaoping Song,Guodong Li,Huili Wang
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (16): 19355-19367
标识
DOI:10.1021/acsanm.4c03250
摘要

Conductive hydrogels have been extensively studied as flexible sensing materials. However, conventional conductive hydrogels often exhibit low sensitivity due to the limited incorporation of electronic conductive fillers when directly mixed with polymer components before gelatinization. To address this issue, we developed a strategy to establish a carbon nanotube network within a hydrogel by freeze-drying a carbon nanotube dispersion to produce an aerogel and then encapsulating the aerogel with a conventional conductive hydrogel before gelatinization. By using an in situ formed, poly(vinyl alcohol) (PVA) reinforced and Al3+ cross-linked poly(acrylic acid) (PAA) hydrogel as the polymer matrix, the composite hydrogel achieved excellent sensing performance, including high sensitivity (gauge factor = 29.34), a broad working range of 0–1000%, and an ultralow detection limit of 0.1%. Additionally, the composite hydrogel demonstrated excellent mechanical properties, adhesion, self-healing, and bacteriostatic properties. Moreover, the composite hydrogel-based sensor is capable of monitoring human health and various human activities. The hydrogel also exhibits good water retention and adaptability to extreme temperatures by soaking in a 50% glycerol aqueous solution for 4 h. This work provides an approach to fabricating high-performance conductive hydrogels for wearable electronic devices.
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