基于PVA/SA/CNT双网络水凝胶的可穿戴应变传感器实现可靠心电图与运动监测

《Sensors and Actuators A: Physical》：Wearable Strain Sensor Based on Double Network PVA/SA/CNT Hydrogel for Reliable Electrocardiography and Motion Monitoring

本文推荐一种基于聚乙烯醇/海藻酸钠/碳纳米管（PVA/SA/CNT）双网络水凝胶的新型应变传感器。该材料通过PVA/SA双交联网络与CNT的氢键协同作用，兼具高拉伸性（~346%）、优异弹性恢复及千次循环抗疲劳稳定性，可同步实现0.4%极微应变下的人体运动监测（如面部肌肉收缩、关节弯曲）和心电图（ECG）信号采集（信噪比提升至18.2 dB）。该研究为柔性传感材料的结构设计提供了新策略。

　　

材料

聚乙烯醇（PVA，聚合度：1799 ± 50，纯度≥98%）、海藻酸钠（SA，纯度：99%）和氯化钙（CaCl₂，>99%）购自阿拉丁公司。羧基化多壁碳纳米管（COOH-MWCNTs）直径＜10 nm，长度5-15 μm，纯度＞95%，购自深圳纳米港有限公司，直接使用未进一步改性。所有水溶液均使用去离子水（~18.25 MΩ·cm）配制。

水凝胶的制备

水凝胶通过...

PVA/SA/CNT水凝胶的设计与制备

在制备过程中，采用羧基化碳纳米管（CNT）作为增强相，通过表面羧基（-COOH）的引入显著提升了CNT的水分散性。图1a示意了改性CNT通过氢键作用嵌入PVA分子链的羟基（-OH）与SA链的羧基（-COOH）之间，构建了界面结合位点。图1b揭示了...

结论

总之，我们通过简便的循环冻融法制备了一种具有优异综合性能的多功能PVA/SA/CNT复合水凝胶。双交联网络结构和氢键作用显著贡献了水凝胶卓越的机械鲁棒性、电阻稳定性和快速响应特性。研究确定最佳PVA:SA比例为9:1，CNT浓度为5 mg/mL（PSC-2），该配方展现出346%的拉伸性、良好的弹性...