近日(ri)，杭州電子科技(ji)大學(xué)(xue)電子信息學(xué)(xue)院研究人(ren)員在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院(yuan)二區(qū)，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(yan)究性論(lun)文。在該(gai)論文(wen)中，研究人員(yuan)利用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定(ding)有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性(xing)能和抗疲勞(lao)性能等指標(biāo)。

自供電壓電傳(chuan)感器能(neng)夠有(you)效解決電(dian)子皮膚(fu)的供(gong)電問題。然而，制(zhi)造出模量與(yu)人類皮膚相似(shi)的柔性傳感器(qi)仍然頗(po)具挑戰(zhàn)(zhan)性。本(ben)文報道了一(yi)種基(ji)于聚偏(pian)氟乙烯(xi)（PVDF）的有(you)機(jī)水凝膠作為(wei)電子皮膚(fu)用壓電傳(chuan)感器。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的形(xing)成，并確保(bao)了有機(jī)水(shui)凝膠傳感(gan)器的壓(ya)電性能(neng)。聚丙烯酸（PA）通(tong)過與 PVA 形成氫(qing)鍵來增強(qiáng)(qiang)交聯(lián)密度(du)和機(jī)械性(xing)能，同(tong)時還充當(dāng)(dang)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此(ci)外，有機(jī)(ji)溶劑(ji)二甲基(ji)亞砜（DMSO）被引入(ru)，為傳感器賦予(yu)抗凍性能(neng)。該有機(jī)水凝膠(jiao)在 100 次(ci)壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)出優(yōu)異(yi)的抗疲勞性能(neng)。而且，有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)壓電(dian)傳感器有著(zhe)令人矚目的約(yue) 8 毫秒(miao)的響應(yīng)時間(jian)以及 0-30N的寬壓(ya)力范圍。再(zai)者，該(gai)壓電有(you)機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出出色的抗(kang)凍性能，即便在(zai)低溫下冷凍(dong) 10 天之后(hou)仍能保(bao)留其機(jī)械和(he)壓電特性(xing)?；?PVDF 的有(you)機(jī)水凝膠已被(bei)證實(shí)(shi)，在無需外部電(dian)源的情況下，對(dui)于人體運(yùn)動檢(jian)測有著(zhe)重大的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械(xie)性能(neng)對于壓電(dian)有機(jī)水(shui)凝膠作(zuo)為傳感(gan)器在(zai)電子皮膚中的(de)應(yīng)用尤(you)為重要。為了(le)研究聚丙烯酸(suan)（PA）對有機(jī)(ji)水凝膠機(jī)械性(xing)能的影響，我們(men)對含有不同(tong)聚丙烯酸(suan)含量的有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的彈(dan)性性能(neng)進(jìn)行(xing)了測試。在應(yīng)(ying)力-應(yīng)變曲線圖(tu)中可以觀(guan)察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)表現(xiàn)出較低的(de)抗壓能(neng)力，在受到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變時就(jiu)會發(fā)生破裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更(geng)強(qiáng)的(de)機(jī)械性能(neng)，因?yàn)樗?ta)能夠承受(shou)高達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)力而(er)不會破裂。隨著(zhe)PA含量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(jī)(ji)水凝膠的(de)壓縮強(qiáng)度和(he)模量也隨(sui)之增加(jia)。這種性(xing)能的(de)改善歸因(yin)于PA中羥基所促(cu)成的(de)眾多氫鍵，這(zhe)些羥基會與(yu)PVA中的羥基(ji)發(fā)生物理交(jiao)聯(lián)。這些增強(qiáng)的(de)分子間相互(hu)作用顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)性能(neng)。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(jiang)，這表(biao)明隨著(zhe)PA含量進(jìn)一步(bu)增加，有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械(xie)性能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過(guo)量增加，更多的(de)氫鍵形成(cheng)，這會減少PVA內(nèi)部(bu)分子(zi)間的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)致有機(jī)水(shui)凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏松(song)。為了(le)進(jìn)一(yi)步探究有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械耐久(jiu)性，我們對(dui)在應(yīng)(ying)力測(ce)試中表現(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)加載 — 卸(xie)載測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)的機(jī)械穩(wěn)定性(xing)和抗(kang)疲勞性(xing)能十分出色，這(zhe)從其經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)(huan)后仍保持一致(zhi)的曲線（疲勞測(ce)試）便可(ke)得到證(zheng)明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變下，該(gai)有機(jī)(ji)水凝膠的應(yīng)(ying)力曲線在經(jīng)(jing)過 100 次(ci)壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)(huan)后僅顯示出微(wei)小的(de)滯后現(xiàn)象。