近日，杭(hang)州電子(zi)科技大學(xué)電子(zi)信息學(xué)院研究人(ren)員在國(guó)際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院二(er)區(qū)，影響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題(ti)為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研(yan)究性論(lun)文。在該論文中(zhong)，研究人員利(li)用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械性能(neng)和抗疲勞性能(neng)等指標(biāo)(biao)。

自供(gong)電壓電傳感器(qi)能夠有效解決(jue)電子皮膚(fu)的供電問題。然(ran)而，制造(zao)出模(mo)量與人(ren)類皮膚相似(shi)的柔性(xing)傳感器仍(reng)然頗具挑戰(zhàn)(zhan)性。本(ben)文報(bào)(bao)道了一種基于(yu)聚偏(pian)氟乙烯(xi)（PVDF）的有機(jī)(ji)水凝膠作(zuo)為電子皮膚用(yong)壓電傳感器。聚(ju)乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促(cu)進(jìn)了 PVDF 中電活性(xing) β 相的形成(cheng)，并確保了有機(jī)(ji)水凝膠傳感(gan)器的壓電性(xing)能。聚丙烯酸(suan)（PA）通過與 PVA 形成氫(qing)鍵來增(zeng)強(qiáng)交聯(lián)密(mi)度和機(jī)械性(xing)能，同時(shí)還充當(dāng)(dang)膠凝劑以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外(wai)，有機(jī)溶劑(ji)二甲(jia)基亞砜（DMSO）被引入(ru)，為傳感(gan)器賦予抗凍性(xing)能。該有機(jī)水(shui)凝膠在 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載循(xun)環(huán)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)異(yi)的抗疲勞性能(neng)。而且，有機(jī)水凝(ning)膠壓(ya)電傳感器(qi)有著令人矚目(mu)的約(yue) 8 毫秒的響應(yīng)時(shí)(shi)間以及 0-30N的(de)寬壓力范圍(wei)。再者，該壓電有(you)機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出出(chu)色的(de)抗凍性能(neng)，即便(bian)在低溫(wen)下冷(leng)凍 10 天之(zhi)后仍能(neng)保留其(qi)機(jī)械和(he)壓電特性(xing)?；?yu) PVDF 的有機(jī)(ji)水凝(ning)膠已被證實(shí)，在(zai)無需(xu)外部電源的(de)情況下(xia)，對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)(dong)檢測(cè)(ce)有著重大的(de)應(yīng)用潛力(li)。

機(jī)械性(xing)能對(duì)于壓電有(you)機(jī)水凝膠(jiao)作為傳感器(qi)在電子皮(pi)膚中的應(yīng)用尤(you)為重要。為了(le)研究聚丙(bing)烯酸（PA）對(duì)(dui)有機(jī)水凝(ning)膠機(jī)械(xie)性能的影(ying)響，我們(men)對(duì)含有不同聚(ju)丙烯(xi)酸含量的有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的彈(dan)性性能(neng)進(jìn)行(xing)了測(cè)(ce)試。在應(yīng)力(li)-應(yīng)變曲線圖中(zhong)可以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)出較低的(de)抗壓能力，在(zai)受到 45% 的壓縮應(yīng)(ying)變時(shí)(shi)就會(huì)發(fā)生(sheng)破裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更強(qiáng)(qiang)的機(jī)械性能(neng)，因?yàn)樗?neng)夠承(cheng)受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)(ying)力而不會(huì)破裂(lie)。隨著PA含量(liang)從 0.2 增加到 0.5，有(you)機(jī)水凝(ning)膠的壓(ya)縮強(qiáng)度(du)和模量(liang)也隨之增(zeng)加。這(zhe)種性能的(de)改善歸(gui)因于PA中羥基所(suo)促成的眾(zhong)多氫(qing)鍵，這些羥基(ji)會(huì)與(yu)PVA中的羥基(ji)發(fā)生物理(li)交聯(lián)(lian)。這些增(zeng)強(qiáng)的(de)分子間相互(hu)作用顯著(zhu)地改善(shan)了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械(xie)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(du)有所下(xia)降，這表(biao)明隨著PA含(han)量進(jìn)一步增(zeng)加，有機(jī)水(shui)凝膠的(de)機(jī)械性(xing)能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過(guo)量增加，更(geng)多的(de)氫鍵形成，這(zhe)會(huì)減少PVA內(nèi)部(bu)分子(zi)間的氫鍵，進(jìn)而(er)導(dǎo)致有機(jī)(ji)水凝膠的網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)變得(de)疏松。為了進(jìn)一(yi)步探究有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械耐久性，我(wo)們對(duì)在應(yīng)力(li)測(cè)試(shi)中表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠(jiao)進(jìn)行了循(xun)環(huán)加(jia)載 — 卸載(zai)測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)械(xie)穩(wěn)定性和抗(kang)疲勞(lao)性能十分出色(se)，這從(cong)其經(jīng)過 100 次循(xun)環(huán)后仍保持一(yi)致的曲線（疲(pi)勞測(cè)試）便可(ke)得到證明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變下，該(gai)有機(jī)水凝(ning)膠的應(yīng)(ying)力曲(qu)線在經(jīng)過 100 次(ci)壓縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后僅顯(xian)示出微(wei)小的滯后現(xiàn)(xian)象。