近日，杭(hang)州電子科技(ji)大學(xué)電子信(xin)息學(xué)院研究人員在(zai)國際期刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院二區(qū)(qu)，影響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究(jiu)性論文。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測定(ding)有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械性(xing)能和抗疲(pi)勞性能等(deng)指標(biāo)。

自供(gong)電壓電(dian)傳感(gan)器能夠(gou)有效(xiao)解決(jue)電子皮膚的(de)供電問題。然而(er)，制造出模量(liang)與人(ren)類皮膚相似的(de)柔性傳感器(qi)仍然頗具挑戰(zhàn)(zhan)性。本(ben)文報(bào)道了一種(zhong)基于聚偏(pian)氟乙烯(xi)（PVDF）的有機(jī)水凝(ning)膠作為(wei)電子皮膚(fu)用壓(ya)電傳感(gan)器。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)了 PVDF 中(zhong)電活性 β 相的形(xing)成，并確保了(le)有機(jī)水凝膠傳(chuan)感器的壓(ya)電性(xing)能。聚丙烯酸（PA）通(tong)過與 PVA 形(xing)成氫鍵來(lai)增強(qiáng)交(jiao)聯(lián)密度(du)和機(jī)(ji)械性能(neng)，同時(shí)還充(chong)當(dāng)膠凝(ning)劑以減少 PVA 結(jié)晶(jing)。此外，有機(jī)溶(rong)劑二甲基亞(ya)砜（DMSO）被(bei)引入，為(wei)傳感器賦予抗(kang)凍性能。該有(you)機(jī)水凝膠在(zai) 100 次壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出優(yōu)異的(de)抗疲(pi)勞性(xing)能。而且，有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)壓電傳(chuan)感器有著(zhe)令人矚目的(de)約 8 毫秒的(de)響應(yīng)時(shí)間以及(ji) 0-30N的寬壓(ya)力范圍。再者(zhe)，該壓電有機(jī)水(shui)凝膠表現(xiàn)出(chu)出色的抗凍(dong)性能，即便在低(di)溫下冷凍(dong) 10 天之后仍(reng)能保留其機(jī)械(xie)和壓電(dian)特性?；?yu) PVDF 的有機(jī)水(shui)凝膠已被證實(shí)(shi)，在無需外部電(dian)源的情況下(xia)，對(duì)于(yu)人體(ti)運(yùn)動(dòng)檢測有(you)著重大的應(yīng)(ying)用潛力。

機(jī)械性能(neng)對(duì)于壓電(dian)有機(jī)水(shui)凝膠作為(wei)傳感器在電子(zi)皮膚中的(de)應(yīng)用尤為(wei)重要(yao)。為了研究聚丙(bing)烯酸(suan)（PA）對(duì)有機(jī)水凝(ning)膠機(jī)械(xie)性能的(de)影響，我(wo)們對(duì)含有(you)不同聚丙烯酸(suan)含量(liang)的有(you)機(jī)水凝膠的彈(dan)性性能進(jìn)行(xing)了測試。在應(yīng)(ying)力-應(yīng)變曲線(xian)圖中可以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水(shui)凝膠表(biao)現(xiàn)出較低(di)的抗壓能力，在(zai)受到 45% 的(de)壓縮應(yīng)(ying)變時(shí)(shi)就會(huì)發(fā)生破(po)裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更(geng)強(qiáng)的機(jī)械(xie)性能(neng)，因?yàn)樗軌虺?cheng)受高達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)(ying)力而(er)不會(huì)破裂(lie)。隨著PA含(han)量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的壓縮強(qiáng)(qiang)度和(he)模量也(ye)隨之增加。這(zhe)種性能的(de)改善歸因于PA中(zhong)羥基所促成的(de)眾多氫鍵，這些(xie)羥基會(huì)與PVA中(zhong)的羥基發(fā)生物(wu)理交(jiao)聯(lián)。這(zhe)些增強(qiáng)的分子(zi)間相互作用(yong)顯著地改善(shan)了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(ji)械性能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiáng)度有(you)所下降，這表(biao)明隨著PA含量進(jìn)(jin)一步增加，有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)性能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨(sui)著PA過量(liang)增加，更多的氫(qing)鍵形成，這會(huì)減(jian)少PVA內(nèi)部分(fen)子間(jian)的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)(dao)致有機(jī)水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏松(song)。為了(le)進(jìn)一步探究(jiu)有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(ji)械耐久(jiu)性，我們對(duì)在應(yīng)(ying)力測試中(zhong)表現(xiàn)(xian)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠進(jìn)(jin)行了循環(huán)加載(zai) — 卸載測試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械穩(wěn)定性(xing)和抗疲勞性(xing)能十分出色，這(zhe)從其經(jīng)過(guo) 100 次循環(huán)(huan)后仍保持一致(zhi)的曲(qu)線（疲勞(lao)測試）便(bian)可得到證(zheng)明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變下，該(gai)有機(jī)水凝膠(jiao)的應(yīng)力曲線(xian)在經(jīng)(jing)過 100 次壓縮(suo)加載(zai) — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯(xian)示出微小(xiao)的滯后現(xiàn)象。