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A Wearable Strain Sensor Based on Electroconductive Hydrogel Composites for Human Motion Detection
Macromolecular Materials and Engineering ( IF 4.2 ) Pub Date : 2022-03-12 , DOI: 10.1002/mame.202100973 Stephanie A. Fraser 1 , Werner E. Van Zyl 1
Macromolecular Materials and Engineering ( IF 4.2 ) Pub Date : 2022-03-12 , DOI: 10.1002/mame.202100973 Stephanie A. Fraser 1 , Werner E. Van Zyl 1
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Hydrogels are becoming the default platform for flexible electronic applications—specifically, strain sensors. But the simultaneous realization of compliance, robustness, and strain sensitivity required, using environmentally friendly materials, remains challenging. Here a series of poly(vinyl alcohol) (PVA)-based biocomposite hydrogels, comprising variable quantities of nanocellulose and sodium alginate formed by freeze/thaw cycling, is reported. The results indicate that a hybrid hydrogel is prepared via the incorporation of conductive polypyrrole/bacterial nanocellulose composite material into the optimized PVA-based hydrogel matrix (yield strength = 6.0 MPa, elastic modulus = 2.4 MPa, stretchability >384%). The resulting hybrid material exhibits remarkable toughness, nonlinear conformability, and piezoresistivity and demonstrates good strain sensitivity over a considerable range of deformation (<≈200% elongation, maximum gauge factor = 0.96). Moreover, the hybrid hydrogel is assembled into a wearable piezoresistive sensor capable of detecting large-range human motion with high sensitivity, stability, and repeatability over a few repeated loading cycles. Thus, there is potential for the application of the conductive hybrid hydrogel in flexible electronics, such as wearable devices for health monitoring, soft robotics, and biomedical implants. Furthermore, the implementation of biocompatible polymers and renewable materials, amongst other green design principles, provides scope for the design of sustainable high performance materials.
中文翻译：
基于导电水凝胶复合材料的人体运动检测可穿戴应变传感器
水凝胶正在成为柔性电子应用（特别是应变传感器）的默认平台。但是，使用环保材料同时实现所需的合规性、稳健性和应变敏感性仍然具有挑战性。本文报道了一系列基于聚乙烯醇 (PVA) 的生物复合水凝胶，包括通过冻融循环形成的可变数量的纳米纤维素和海藻酸钠。结果表明，通过将导电聚吡咯/细菌纳米纤维素复合材料掺入优化的 PVA 基水凝胶基质中制备了混合水凝胶（屈服强度 = 6.0 MPa，弹性模量 = 2.4 MPa，拉伸性 > 384%）。由此产生的混合材料表现出显着的韧性、非线性顺应性、和压阻性，并在相当大的变形范围内表现出良好的应变敏感性（<≈200% 伸长率，最大应变系数 = 0.96）。此外，将混合水凝胶组装成可穿戴式压阻传感器，能够在几个重复加载循环中以高灵敏度、稳定性和可重复性检测大范围人体运动。因此，导电混合水凝胶在柔性电子产品中具有应用潜力，例如用于健康监测的可穿戴设备、软机器人和生物医学植入物。此外，生物相容性聚合物和可再生材料的实施，以及其他绿色设计原则，为可持续高性能材料的设计提供了空间。96）。此外，将混合水凝胶组装成可穿戴式压阻传感器，能够在几个重复加载循环中以高灵敏度、稳定性和可重复性检测大范围人体运动。因此，导电混合水凝胶在柔性电子产品中具有应用潜力，例如用于健康监测的可穿戴设备、软机器人和生物医学植入物。此外，生物相容性聚合物和可再生材料的实施，以及其他绿色设计原则，为可持续高性能材料的设计提供了空间。96）。此外，将混合水凝胶组装成可穿戴式压阻传感器，能够在几个重复加载循环中以高灵敏度、稳定性和可重复性检测大范围人体运动。因此，导电混合水凝胶在柔性电子产品中具有应用潜力，例如用于健康监测的可穿戴设备、软机器人和生物医学植入物。此外，生物相容性聚合物和可再生材料的实施，以及其他绿色设计原则，为可持续高性能材料的设计提供了空间。导电混合水凝胶在柔性电子产品中的应用潜力很大，例如用于健康监测的可穿戴设备、软机器人和生物医学植入物。此外，生物相容性聚合物和可再生材料的实施，以及其他绿色设计原则，为可持续高性能材料的设计提供了空间。导电混合水凝胶在柔性电子产品中的应用潜力很大，例如用于健康监测的可穿戴设备、软机器人和生物医学植入物。此外，生物相容性聚合物和可再生材料的实施，以及其他绿色设计原则，为可持续高性能材料的设计提供了空间。
更新日期：2022-03-12
中文翻译：
基于导电水凝胶复合材料的人体运动检测可穿戴应变传感器
水凝胶正在成为柔性电子应用（特别是应变传感器）的默认平台。但是，使用环保材料同时实现所需的合规性、稳健性和应变敏感性仍然具有挑战性。本文报道了一系列基于聚乙烯醇 (PVA) 的生物复合水凝胶，包括通过冻融循环形成的可变数量的纳米纤维素和海藻酸钠。结果表明，通过将导电聚吡咯/细菌纳米纤维素复合材料掺入优化的 PVA 基水凝胶基质中制备了混合水凝胶（屈服强度 = 6.0 MPa，弹性模量 = 2.4 MPa，拉伸性 > 384%）。由此产生的混合材料表现出显着的韧性、非线性顺应性、和压阻性，并在相当大的变形范围内表现出良好的应变敏感性（<≈200% 伸长率，最大应变系数 = 0.96）。此外，将混合水凝胶组装成可穿戴式压阻传感器，能够在几个重复加载循环中以高灵敏度、稳定性和可重复性检测大范围人体运动。因此，导电混合水凝胶在柔性电子产品中具有应用潜力，例如用于健康监测的可穿戴设备、软机器人和生物医学植入物。此外，生物相容性聚合物和可再生材料的实施，以及其他绿色设计原则，为可持续高性能材料的设计提供了空间。96）。此外，将混合水凝胶组装成可穿戴式压阻传感器，能够在几个重复加载循环中以高灵敏度、稳定性和可重复性检测大范围人体运动。因此，导电混合水凝胶在柔性电子产品中具有应用潜力，例如用于健康监测的可穿戴设备、软机器人和生物医学植入物。此外，生物相容性聚合物和可再生材料的实施，以及其他绿色设计原则，为可持续高性能材料的设计提供了空间。96）。此外，将混合水凝胶组装成可穿戴式压阻传感器，能够在几个重复加载循环中以高灵敏度、稳定性和可重复性检测大范围人体运动。因此，导电混合水凝胶在柔性电子产品中具有应用潜力，例如用于健康监测的可穿戴设备、软机器人和生物医学植入物。此外，生物相容性聚合物和可再生材料的实施，以及其他绿色设计原则，为可持续高性能材料的设计提供了空间。导电混合水凝胶在柔性电子产品中的应用潜力很大，例如用于健康监测的可穿戴设备、软机器人和生物医学植入物。此外，生物相容性聚合物和可再生材料的实施，以及其他绿色设计原则，为可持续高性能材料的设计提供了空间。导电混合水凝胶在柔性电子产品中的应用潜力很大，例如用于健康监测的可穿戴设备、软机器人和生物医学植入物。此外，生物相容性聚合物和可再生材料的实施，以及其他绿色设计原则，为可持续高性能材料的设计提供了空间。
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