Extrem dehnbare, stabile und langlebige Dehnungsensoren auf Basis von Doppelnetz-Organogelen

Dehnbare Dehnungsensoren bieten großes Potenzial für vielfältige Anwendungen in der modernen Elektronik. Es ist jedoch immer noch schwierig, Dehnungsensoren mit extremer Dehnbarkeit, hoher Stabilität und überlegener Haltbarkeit herzustellen, da die elastische Matrix eine Herausforderung darstellt. In dieser Arbeit wird das erste Beispiel eines extrem dehnbaren und hochstabilen Doppelnetz-Ethylenglykol (EG) Organogels entwickelt, um tragbare Dehnungsensoren mit hoher Leistung herzustellen. Es wird gezeigt, dass die Bildung von hybrid physikalisch und chemisch vernetzten Doppelnetzwerken dem EG-Organogel eine außergewöhnliche Dehnbarkeit von bis zu 21.000% verleiht, was der höchste Wert für Gele ist, der in der Literatur berichtet wurde. Gleichzeitig verleiht der niedrige Dampfdruck von EG dem Organogel eine hohe Umgebungsstabilität. Dank der intrinsischen Dehnbarkeit und Stabilität des EG-Organogels können die Dehnungsensoren einfach durch die Integration von Graphen als elektrisch leitfähigem Füllstoff hergestellt werden, die einen extrem breiten Dehnungssensorbereich (>10.500% Bruchdehnung) mit einem Empfindlichkeitsfaktor von 2,3 aufweisen. Noch wichtiger ist, dass der Sensor >50.000 Lade- und Entladezyklen in der Luft aushalten kann, was hohe Stabilität und überlegene Haltbarkeit zeigt. Es wird gezeigt, dass diese Sensoren Gelenkbewegungen und Muskelvibrationen (wie menschliche Gelenkbewegungen, Trinken, sprechen, atmen und leichtes Husten) des menschlichen Körpers verfolgen können und sogar die Verformungen in verschiedenen Richtungen und die Berührungen eines Haares unterscheiden können. Diese Arbeit bietet nicht nur eine neue elastische Matrixplattform für die Herstellung von extrem dehnbaren, stabilen und langlebigen Dehnungsensoren, sondern zeigt auch deren Anwendungen als tragbare elektronische Geräte zur Verfolgung sowohl großer als auch kleiner Bewegungen des menschlichen Körpers, die weiter auf praktische Anwendungen in elektronischer Haut, Mensch-Maschine-Interaktionen und personalisierte Gesundheitsüberwachung ausgeweitet werden könnten.