成果简介
导电水凝胶在制造柔性和可穿戴传感器方面显示出巨大潜力，尤其是应变/压力传感器以监测人体运动/健康。在实践中，由于水凝胶的机械性能差和灵敏度低，基于导电水凝胶的传感器的使用通常受到限制。本文，苏州大学Rui Zhao等研究人员在《ACS Appl. Polym. Mater.》期刊发表名为“Highly Strong, Stretchable, and Conductive Reduced Graphene Oxide Composite Hydrogel-Based Sensors for Motoring Strain and Pressure”的论文，研究通过典型的热聚合制备了包含丙烯酰胺 (AAm)、N- (3-氨基丙基) 甲基丙烯酰胺盐酸盐 (APMA) 和 rGO-PDA的水凝胶。
通过在碱性溶液中混合GO 和DA获得rGO-PDA。接下来，rGO-PDA通过席夫碱反应与 AAm 和 APMA 偶联，形成作为交联点的动态C-N键。另外，帧内/分子间氢键和NH3+-π，和π-π相互作用，发现RGO-PDA和PAAm-之间存在共-APMA，使水凝胶具有高断裂应力（~500 kPa）和高延展性（~1200%）。由于 PDA 的存在，所制备的水凝胶可以粘附在各种基材上，对皮肤的粘附强度约为 8kPa。压阻式传感器具有制备简单、能耗低、检测范围广等优点。因此，构建了一种电阻型rGO水凝胶传感器，该传感器能够响应外部应变和压力，具有出色的灵敏度和可重复性以及自愈性能。更重要的是，基于水凝胶的传感器可以监测人体运动，证实在人体健康监测方面的巨大潜力。
图文导读
图1. (a) PAAG x D y水凝胶的示意图。(b) 水凝胶在拉伸、压缩、弯曲、扭曲和打结下的数码照片。
图2. (a) FTIR，(b) 样品的拉曼光谱，(c) (b) I D / I G。(d) GO 片和 (e) rGO-PDA 片的 AFM 图像和分析。
图3. (a) PAAG 1 D 0.4水凝胶粘附于 (a1) 橡胶、(a2) PE、(a3) 金属箔、(a4) 玻璃和 (b) 皮肤的数字图像。(c) PAAG 1 D 0.4水凝胶在各种基材上的粘附强度。(d) 样品在猪皮上的粘附强度。
图4. PAAG 1 D 0.4水凝胶的自愈特性。
图5.由 (a) 肘部、(b) 膝部、(c) 手指和 (d) 手腕运动和 (e) 声带振动引起的传感器的数码照片和 ΔR/ R0。
小结
在本文中，复合水凝胶 PAAm – co -APMA/rGO-PDA 是通过热聚合制备的。这项工作提供了一种简单而可靠的方法来构建基于 rGO 水凝胶的传感器，该传感器具有高强度、可拉伸性以及对应变和压力的敏感性等特点。
文献：https://doi.org/10.1021/acsapm.1c00898
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