近日，杭州電子(zi)科技大學(xué)(xue)電子信息學(xué)院(yuan)研究人員在國(guó)(guo)際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二區(qū)，影(ying)響因(yin)子IF=4.9）發(fā)表了題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論文(wen)中，研究人員(yuan)利用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定(ding)有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(ji)械性能和抗(kang)疲勞性能(neng)等指標(biāo)。

自供(gong)電壓電傳感(gan)器能夠(gou)有效解決電子(zi)皮膚的供(gong)電問(wèn)題(ti)。然而，制造(zao)出模量(liang)與人(ren)類(lèi)皮膚(fu)相似的柔性(xing)傳感器(qi)仍然頗具(ju)挑戰(zhàn)性。本文(wen)報(bào)道了(le)一種(zhong)基于聚偏氟乙(yi)烯（PVDF）的(de)有機(jī)水凝(ning)膠作為電子皮(pi)膚用(yong)壓電傳感(gan)器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)(jin)了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的形成(cheng)，并確(que)保了有機(jī)水凝(ning)膠傳感器的壓(ya)電性(xing)能。聚(ju)丙烯(xi)酸（PA）通(tong)過(guò)與 PVA 形(xing)成氫鍵來(lái)(lai)增強(qiáng)交聯(lián)密度(du)和機(jī)械性能，同(tong)時(shí)還充當(dāng)(dang)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機(jī)溶劑(ji)二甲基(ji)亞砜（DMSO）被引入，為(wei)傳感器賦(fu)予抗凍(dong)性能。該(gai)有機(jī)水凝膠(jiao)在 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出優(yōu)異(yi)的抗疲勞性(xing)能。而(er)且，有機(jī)水凝(ning)膠壓電傳感器(qi)有著令(ling)人矚目的約(yue) 8 毫秒的響應(yīng)時(shí)(shi)間以及(ji) 0-30N的寬壓力(li)范圍。再者，該壓(ya)電有機(jī)(ji)水凝膠表現(xiàn)(xian)出出色(se)的抗凍性能，即(ji)便在低溫(wen)下冷凍 10 天之后(hou)仍能(neng)保留其機(jī)械和(he)壓電特性?；?yu) PVDF 的有機(jī)水凝膠(jiao)已被證實(shí)，在(zai)無(wú)需外(wai)部電源的(de)情況下，對(duì)(dui)于人體運(yùn)動(dòng)檢(jian)測(cè)有著重(zhong)大的應(yīng)(ying)用潛(qian)力。

機(jī)械性(xing)能對(duì)于壓(ya)電有機(jī)(ji)水凝膠作為(wei)傳感器在電(dian)子皮膚中的(de)應(yīng)用尤為重(zhong)要。為(wei)了研究聚丙烯(xi)酸（PA）對(duì)(dui)有機(jī)(ji)水凝(ning)膠機(jī)械性(xing)能的影響(xiang)，我們對(duì)(dui)含有不同(tong)聚丙烯酸(suan)含量的有機(jī)(ji)水凝膠的彈(dan)性性能(neng)進(jìn)行了測(cè)(ce)試。在(zai)應(yīng)力-應(yīng)變曲(qu)線圖中可(ke)以觀(guan)察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)出(chu)較低的抗(kang)壓能力(li)，在受(shou)到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變時(shí)就(jiu)會(huì)發(fā)(fa)生破裂。相比(bi)之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了(le)更強(qiáng)的機(jī)械性(xing)能，因?yàn)?wei)它能夠承受(shou)高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力(li)而不會(huì)破裂(lie)。隨著PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有機(jī)水(shui)凝膠的壓(ya)縮強(qiáng)(qiang)度和模量(liang)也隨之增加。這(zhe)種性能的改善(shan)歸因于(yu)PA中羥(qiang)基所促(cu)成的(de)眾多氫鍵，這(zhe)些羥基會(huì)(hui)與PVA中的羥基(ji)發(fā)生物理交聯(lián)(lian)。這些(xie)增強(qiáng)的(de)分子間(jian)相互作(zuo)用顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiáng)(qiang)度有所下(xia)降，這表明隨著(zhe)PA含量進(jìn)一步(bu)增加，有(you)機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械性(xing)能出現(xiàn)了(le)下滑。隨(sui)著PA過(guò)(guo)量增加，更(geng)多的(de)氫鍵形成(cheng)，這會(huì)(hui)減少PVA內(nèi)部分(fen)子間的氫(qing)鍵，進(jìn)而導(dǎo)致(zhi)有機(jī)水凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得(de)疏松。為(wei)了進(jìn)(jin)一步探(tan)究有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械耐久(jiu)性，我們對(duì)(dui)在應(yīng)力測(cè)(ce)試中(zhong)表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠進(jìn)行了(le)循環(huán)(huan)加載(zai) — 卸載測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)(ji)械穩(wěn)定性和(he)抗疲勞性能十(shi)分出色，這從其(qi)經(jīng)過(guò) 100 次(ci)循環(huán)后仍保(bao)持一致的(de)曲線(xian)（疲勞(lao)測(cè)試）便(bian)可得到證明。在(zai) 50% 的壓縮應(yīng)變(bian)下，該有(you)機(jī)水凝膠的應(yīng)(ying)力曲(qu)線在(zai)經(jīng)過(guò)(guo) 100 次壓縮加載(zai) — 卸載(zai)循環(huán)(huan)后僅顯示(shi)出微(wei)小的滯后現(xiàn)象(xiang)。