近日(ri)，杭州電子科技(ji)大學(xué)電(dian)子信息(xi)學(xué)院研究人員(yuan)在國(guó)際期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)(qu)，影響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性(xing)論文。在該論(lun)文中，研究(jiu)人員利用(yong)上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定有機(jī)水凝(ning)膠的(de)機(jī)械(xie)性能(neng)和抗疲勞性(xing)能等指標(biāo)(biao)。

自供電(dian)壓電傳感器(qi)能夠有效解決(jue)電子皮膚的(de)供電問(wèn)(wen)題。然(ran)而，制造出模量(liang)與人類皮(pi)膚相似的柔(rou)性傳感器仍(reng)然頗具挑戰(zhàn)性(xing)。本文(wen)報(bào)道(dao)了一種基于聚(ju)偏氟(fu)乙烯(xi)（PVDF）的有機(jī)水凝(ning)膠作為(wei)電子(zi)皮膚用(yong)壓電傳感器。聚(ju)乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進(jìn)了(le) PVDF 中電(dian)活性 β 相(xiang)的形成，并確保(bao)了有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)傳感(gan)器的壓(ya)電性能。聚丙(bing)烯酸（PA）通過(guò)與(yu) PVA 形成氫(qing)鍵來(lái)增強(qiáng)交(jiao)聯(lián)密度和機(jī)(ji)械性能，同時(shí)(shi)還充當(dāng)膠凝劑(ji)以減少 PVA 結(jié)晶(jing)。此外，有機(jī)(ji)溶劑(ji)二甲基亞砜(feng)（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器(qi)賦予抗凍性(xing)能。該有機(jī)水(shui)凝膠在(zai) 100 次壓(ya)縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)出優(yōu)異(yi)的抗(kang)疲勞性(xing)能。而且(qie)，有機(jī)(ji)水凝膠壓(ya)電傳感器(qi)有著令人矚(zhu)目的約 8 毫秒的(de)響應(yīng)時(shí)間以(yi)及 0-30N的寬壓力(li)范圍。再者，該壓(ya)電有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)表現(xiàn)出出(chu)色的抗凍性能(neng)，即便在低(di)溫下冷凍 10 天(tian)之后仍能保(bao)留其機(jī)械(xie)和壓(ya)電特(te)性?；?PVDF 的(de)有機(jī)水凝膠(jiao)已被證實(shí)，在無(wú)(wu)需外(wai)部電(dian)源的情(qing)況下，對(duì)于人體(ti)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)(ce)有著重大(da)的應(yīng)用潛力(li)。

機(jī)械性能(neng)對(duì)于壓電有機(jī)(ji)水凝膠作(zuo)為傳感器在電(dian)子皮膚中的(de)應(yīng)用(yong)尤為重(zhong)要。為(wei)了研究聚(ju)丙烯(xi)酸（PA）對(duì)有機(jī)(ji)水凝膠機(jī)械(xie)性能的影(ying)響，我們對(duì)(dui)含有不同聚丙(bing)烯酸含量的有(you)機(jī)水凝膠的(de)彈性(xing)性能進(jìn)行了測(cè)(ce)試。在應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線圖中(zhong)可以觀(guan)察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出較(jiao)低的抗壓能(neng)力，在受到 45% 的(de)壓縮應(yīng)變時(shí)就(jiu)會(huì)發(fā)生破(po)裂。相比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強(qiáng)的機(jī)(ji)械性能(neng)，因?yàn)?wei)它能(neng)夠承受高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而不(bu)會(huì)破裂。隨著(zhe)PA含量從 0.2 增(zeng)加到(dao) 0.5，有機(jī)水凝膠的(de)壓縮強(qiáng)度(du)和模(mo)量也隨(sui)之增加。這種(zhong)性能的(de)改善歸因于PA中(zhong)羥基(ji)所促成的眾多(duo)氫鍵，這些羥基(ji)會(huì)與PVA中的羥基(ji)發(fā)生(sheng)物理(li)交聯(lián)(lian)。這些增強(qiáng)的分(fen)子間(jian)相互(hu)作用顯著地改(gai)善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)(ji)械性能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓(ya)強(qiáng)度有所下(xia)降，這表(biao)明隨著PA含量(liang)進(jìn)一步增加(jia)，有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械性能出現(xiàn)(xian)了下滑。隨著PA過(guò)(guo)量增加，更(geng)多的氫(qing)鍵形成，這會(huì)減(jian)少PVA內(nèi)部分子(zi)間的氫鍵(jian)，進(jìn)而導(dǎo)致(zhi)有機(jī)水凝(ning)膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變得(de)疏松。為了進(jìn)一(yi)步探究(jiu)有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械耐(nai)久性(xing)，我們對(duì)(dui)在應(yīng)力(li)測(cè)試中表現(xiàn)(xian)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠(jiao)進(jìn)行了(le)循環(huán)(huan)加載 — 卸載(zai)測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠的(de)機(jī)械穩(wěn)定性(xing)和抗(kang)疲勞性能十(shi)分出色，這(zhe)從其經(jīng)過(guò) 100 次(ci)循環(huán)后仍保持(chi)一致的(de)曲線（疲勞測(cè)(ce)試）便可得到(dao)證明。在(zai) 50% 的壓(ya)縮應(yīng)變下(xia)，該有機(jī)(ji)水凝膠的(de)應(yīng)力曲線在(zai)經(jīng)過(guò) 100 次(ci)壓縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后僅顯(xian)示出微小(xiao)的滯(zhi)后現(xiàn)(xian)象。