近日(ri)，杭州(zhou)電子科技大學(xué)(xue)電子信息學(xué)(xue)院研究人員在國(guó)(guo)際期刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院二區(qū)(qu)，影響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表(biao)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。在該論文中，研(yan)究人員利用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測(cè)(ce)定有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)(ji)械性能和抗疲(pi)勞性能等(deng)指標(biāo)(biao)。

自供電壓電傳(chuan)感器能(neng)夠有效(xiao)解決電子(zi)皮膚的供(gong)電問(wèn)題(ti)。然而，制造(zao)出模(mo)量與人類皮膚(fu)相似(shi)的柔性(xing)傳感器仍然頗(po)具挑戰(zhàn)性(xing)。本文報(bào)道(dao)了一種(zhong)基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)作為電子皮(pi)膚用壓(ya)電傳(chuan)感器。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成(cheng)主要網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)了(le) PVDF 中電活性 β 相的(de)形成(cheng)，并確保(bao)了有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)傳感器(qi)的壓電(dian)性能。聚丙烯(xi)酸（PA）通過(guò)與 PVA 形成(cheng)氫鍵來(lái)(lai)增強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度和機(jī)械性(xing)能，同(tong)時(shí)還充當(dāng)膠(jiao)凝劑以(yi)減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外，有機(jī)(ji)溶劑二甲基亞(ya)砜（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器賦予(yu)抗凍性(xing)能。該有機(jī)水(shui)凝膠在 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異的抗疲(pi)勞性(xing)能。而且(qie)，有機(jī)水凝膠壓(ya)電傳(chuan)感器有著令人(ren)矚目(mu)的約 8 毫秒(miao)的響應(yīng)時(shí)間(jian)以及(ji) 0-30N的寬壓(ya)力范圍。再(zai)者，該壓電有(you)機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出出(chu)色的抗凍(dong)性能(neng)，即便在低(di)溫下冷凍 10 天之(zhi)后仍(reng)能保留其(qi)機(jī)械和壓電特(te)性?；?ji)于 PVDF 的有機(jī)水(shui)凝膠已被證(zheng)實(shí)，在(zai)無(wú)需(xu)外部電(dian)源的情況(kuang)下，對(duì)于人體運(yùn)(yun)動(dòng)檢(jian)測(cè)有著重大的(de)應(yīng)用潛力(li)。

機(jī)械性能(neng)對(duì)于壓電有機(jī)(ji)水凝膠作為(wei)傳感器在(zai)電子(zi)皮膚中的應(yīng)(ying)用尤為重要(yao)。為了研(yan)究聚丙烯酸(suan)（PA）對(duì)有機(jī)(ji)水凝膠機(jī)械(xie)性能(neng)的影(ying)響，我們對(duì)(dui)含有不(bu)同聚丙烯(xi)酸含量(liang)的有機(jī)(ji)水凝膠的(de)彈性性能進(jìn)行(xing)了測(cè)試(shi)。在應(yīng)力-應(yīng)變曲(qu)線圖中可(ke)以觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)較低的抗(kang)壓能力，在受(shou)到 45% 的壓縮應(yīng)變(bian)時(shí)就會(huì)發(fā)生破(po)裂。相比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更強(qiáng)(qiang)的機(jī)(ji)械性能，因?yàn)?wei)它能(neng)夠承(cheng)受高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力(li)而不會(huì)(hui)破裂。隨著PA含(han)量從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有機(jī)水凝(ning)膠的壓縮強(qiáng)度(du)和模量也隨之(zhi)增加。這種性能(neng)的改善歸因(yin)于PA中羥基所(suo)促成的眾多(duo)氫鍵(jian)，這些羥基會(huì)與(yu)PVA中的羥基(ji)發(fā)生物理(li)交聯(lián)。這(zhe)些增強(qiáng)的分(fen)子間相互作用(yong)顯著地改(gai)善了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)有所下降，這表(biao)明隨著PA含(han)量進(jìn)一步增加(jia)，有機(jī)水(shui)凝膠的(de)機(jī)械性(xing)能出現(xiàn)了(le)下滑。隨著PA過(guò)(guo)量增加，更多的(de)氫鍵形成(cheng)，這會(huì)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)變得(de)疏松。為了(le)進(jìn)一步探究(jiu)有機(jī)(ji)水凝(ning)膠的機(jī)械(xie)耐久性(xing)，我們對(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)(ji)水凝(ning)膠進(jìn)行了循(xun)環(huán)加(jia)載 — 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(ding)性和抗(kang)疲勞性(xing)能十分(fen)出色，這從其經(jīng)(jing)過(guò) 100 次循環(huán)后仍(reng)保持一致(zhi)的曲線（疲(pi)勞測(cè)試）便可(ke)得到證(zheng)明。在 50% 的壓縮應(yīng)(ying)變下(xia)，該有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)的應(yīng)力(li)曲線在經(jīng)過(guò)(guo) 100 次壓縮(suo)加載(zai) — 卸載循環(huán)后僅(jin)顯示出微小的(de)滯后(hou)現(xiàn)象。