Highly Adhesive and Stretchable Polymers for the Interface of Cyber-human Interaction

doi:10.7503/cjcu20200597

Abstract

Abstract:

With the rapid developments of flexible electronics and artificial intelligence， flexible sensors can be organically combined with artificial intelligence， big data and 5G communication to build a cyber-human interaction system， which plays an important role in the fields of intelligent e-healthcare and biomedical. As the interface between the cyber system and human， the mechanical properties of on-skin electrodes directly affect the sensitivity and stability of human monitoring signals. From the point of view of materials， how to realize high stretchability and adhesion of the electrode has become a scientific problem and technical challenge to be solved urgently for the further application of on-skin electrodes. In this review， we summarize the recent developments of highly adhesive and stretchable polymers， and discuss the various applications of stable interface of cyber-human interaction in monitoring various human electrophysiological signals. Meanwhile， the development of the next generation flexible electronic devices is prospected.

Key words: Stretchability, High adhesion, Interface of cyber-human interaction, On-skin electrode, Flexible electronic

CLC Number:

O631

TrendMD:

ZHANG Jun, LIU Yixuan, DU Xiaohui, YANG Hui. Highly Adhesive and Stretchable Polymers for the Interface of Cyber-human Interaction[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(4): 1093.

Figures/Tables 15

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Type	Strategy	Material	Mechanical performance	Adhesive strength	Biocompati bility	Ref.
Silk	Interfacial polymerization	SF and PPy	Tensile strain=300%	Adhesion energy≈40 J/m²; (94.6% RH) to PDMS?skin model	Good	[9]
	Plasticized silk protein	SF with 30% CaCl₂	Tensile strain>400%		Good	[41]
		SF with 20% CaCl₂		Peel forces≈10 N/m	Good	[42]
	Micro?pillars structure	SF and PDMS		Adhesion energy≈4.83 J/m² to glass	Good	[45]
Polydopamine	DOPA?based copolymer	P(DMA?co?AA?coMEA)		≈1 kPa to wet PDMS?skin model	Good	[49]
	Nanoclay confined dopaminepolymerization	PDA?clay?PAM hydrogel	Tensile strain=4800%	≈28.5 kPa to porcine skin	Good	[51]
	Microgel?tackified hydrogel	PAAc?PAM?PDA	Tensile strain=660%	≈15 kPa to various substrates	Acceptable	[52]
	Double?network nanocomposite hydrogels	CS/PAA/TA@CNC	Tensile strain=800%	≈20 kPa to glass	Good	[54]
	Self?polymerization of dopamine in silk fibroin	PDA and SF	Tensile strain=320%	≈9.87 MPa to wet PDMS?skin model(100% RH)	Good	[55]
Zwitterionic nanocomposite hydrogels	Free radical polymerization	P(SBMA?co?HEMA)	Tensile strain=2000%	Lap shear adhesion≈17.6 kPa to glass	Acceptable	[60]
		CNC@P(SBMA?co?AM)	Tensile strain=1127%	Lap shear adhesion≈10.5 kPa to porcine skin	Good	[61]
Dry?crosslin?king mechanism	Dry double?sided tape	Gelatin or chitosan and cross?linked PAAc?NHS ester	Fracture toughness=1000 J/m², fracture strain >16	Lap shear adhesion≈120 kPa to wet porcine skin	Good	[64]
Self?Healing hydrogels	Covalent and non? covalent interactions	Cross?linked PAA chains and DHA polymer	Tensile strain=800%	≈12.6 kPa to porcine skin	Acceptable	[69]
	Nanocomposite network hydrogels	PVA?FSWCNT?PDA		≈5.2 kPa to porcine skin	Good	[70]

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Silk	Interfacial polymerization	SF and PPy	Tensile strain=300%	Adhesion energy≈40 J/m²; (94.6% RH) to PDMS?skin model	Good	[9]
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		SF with 20% CaCl₂		Peel forces≈10 N/m	Good	[42]
	Micro?pillars structure	SF and PDMS		Adhesion energy≈4.83 J/m² to glass	Good	[45]
Polydopamine	DOPA?based copolymer	P(DMA?co?AA?coMEA)		≈1 kPa to wet PDMS?skin model	Good	[49]
	Nanoclay confined dopaminepolymerization	PDA?clay?PAM hydrogel	Tensile strain=4800%	≈28.5 kPa to porcine skin	Good	[51]
	Microgel?tackified hydrogel	PAAc?PAM?PDA	Tensile strain=660%	≈15 kPa to various substrates	Acceptable	[52]
	Double?network nanocomposite hydrogels	CS/PAA/TA@CNC	Tensile strain=800%	≈20 kPa to glass	Good	[54]
	Self?polymerization of dopamine in silk fibroin	PDA and SF	Tensile strain=320%	≈9.87 MPa to wet PDMS?skin model(100% RH)	Good	[55]
Zwitterionic nanocomposite hydrogels	Free radical polymerization	P(SBMA?co?HEMA)	Tensile strain=2000%	Lap shear adhesion≈17.6 kPa to glass	Acceptable	[60]
		CNC@P(SBMA?co?AM)	Tensile strain=1127%	Lap shear adhesion≈10.5 kPa to porcine skin	Good	[61]
Dry?crosslin?king mechanism	Dry double?sided tape	Gelatin or chitosan and cross?linked PAAc?NHS ester	Fracture toughness=1000 J/m², fracture strain >16	Lap shear adhesion≈120 kPa to wet porcine skin	Good	[64]
Self?Healing hydrogels	Covalent and non? covalent interactions	Cross?linked PAA chains and DHA polymer	Tensile strain=800%	≈12.6 kPa to porcine skin	Acceptable	[69]
	Nanocomposite network hydrogels	PVA?FSWCNT?PDA		≈5.2 kPa to porcine skin	Good	[70]

[1]	JI Shaobo, CHEN Xiaodong. Surface and Interface Chemistry in Flexible Electronics [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(4): 1074.
[2]	SHENG Hui, XUE Bin, QIN Meng, WANG Wei, CAO Yi. Preparation and Applications of Stretchable and Tough Hydrogels ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(6): 1194.