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Ultrastretchable, Tough, Antifreezing, and Conductive Cellulose Hydrogel for Wearable Strain Sensor
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-11-13 , DOI: 10.1021/acsami.0c14935 Daijun Chen 1 , Xiaoli Zhao 1 , Xinran Wei 1 , Jialin Zhang 1 , Dan Wang 1 , Hao Lu 2 , Pengxiang Jia 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-11-13 , DOI: 10.1021/acsami.0c14935 Daijun Chen 1 , Xiaoli Zhao 1 , Xinran Wei 1 , Jialin Zhang 1 , Dan Wang 1 , Hao Lu 2 , Pengxiang Jia 1
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Conductive hydrogels have shown great potential in the field of flexible strain sensors. However, their application is greatly limited due to the low conductivity and poor mechanical properties at subzero temperatures. Herein, an ultrastretchable, tough, antifreezing, and conductive cellulose hydrogel was fabricated by grafting acrylonitrile and acrylamide copolymers onto the cellulose chains in the presence of zinc chloride using ceric ammonium nitrate as the initiator. The resulting hydrogel exhibited ultrastretchability (1730%), excellent tensile strength (160 kPa), high elasticity (90%), good toughness (1074.7 kJ/m3), and fatigue resistance property due to the existence of dipole–dipole and multiple hydrogen-bonding interactions on the hydrogel network. In addition, the introduced zinc chloride endowed the cellulose-based hydrogel with remarkable electric conductivity (1.54 S/m) and excellent antifreezing performance (−33 °C). Finally, the hydrogel showed high sensitivity and stability to monitor human activities. In summary, this work presented a facile strategy to construct conductive hydrogel with excellent antifreezing and mechanical properties simultaneously, which showed great potential for wearable strain sensors.
中文翻译：
用于穿戴式应变传感器的超拉伸，坚韧，防冻和导电纤维素水凝胶
导电水凝胶在柔性应变传感器领域显示出巨大潜力。然而，由于在零度以下的温度下低的电导率和较差的机械性能，它们的应用受到很大限制。在此，通过使用硝酸铈铵作为引发剂，在氯化锌存在下，将丙烯腈和丙烯酰胺共聚物接枝到纤维素链上，从而制备了超拉伸，坚韧，防冻和导电的纤维素水凝胶。所得水凝胶显示出超拉伸性（1730％），优异的拉伸强度（160kPa），高弹性（90％），良好的韧性（1074.7kJ / m 3）。），以及由于存在偶极子和偶极子以及水凝胶网络上存在多个氢键相互作用而导致的抗疲劳性能。此外，引入的氯化锌使纤维素基水凝胶具有出色的电导率（1.54 S / m）和出色的抗冻性能（-33°C）。最后，水凝胶显示出高灵敏度和稳定性来监测人类活动。总而言之，这项工作提出了一种简便的策略来同时构建具有优异的抗冻性能和机械性能的导电水凝胶，这为可穿戴式应变传感器显示了巨大的潜力。
更新日期：2020-11-25
中文翻译：
用于穿戴式应变传感器的超拉伸，坚韧，防冻和导电纤维素水凝胶
导电水凝胶在柔性应变传感器领域显示出巨大潜力。然而，由于在零度以下的温度下低的电导率和较差的机械性能，它们的应用受到很大限制。在此，通过使用硝酸铈铵作为引发剂，在氯化锌存在下，将丙烯腈和丙烯酰胺共聚物接枝到纤维素链上，从而制备了超拉伸，坚韧，防冻和导电的纤维素水凝胶。所得水凝胶显示出超拉伸性（1730％），优异的拉伸强度（160kPa），高弹性（90％），良好的韧性（1074.7kJ / m 3）。），以及由于存在偶极子和偶极子以及水凝胶网络上存在多个氢键相互作用而导致的抗疲劳性能。此外，引入的氯化锌使纤维素基水凝胶具有出色的电导率（1.54 S / m）和出色的抗冻性能（-33°C）。最后，水凝胶显示出高灵敏度和稳定性来监测人类活动。总而言之，这项工作提出了一种简便的策略来同时构建具有优异的抗冻性能和机械性能的导电水凝胶，这为可穿戴式应变传感器显示了巨大的潜力。
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