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(guo)際期刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二區(qū)，影響(xiang)因子IF=4.9）發(fā)表(biao)了題為"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(zhong)，研究人(ren)員利用(yong)上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測定有機(ji)水凝膠(jiao)的機械性能和(he)抗疲勞性(xing)能等指標。

自供電壓電(dian)傳感器能夠有(you)效解決(jue)電子皮膚的(de)供電問題。然而(er)，制造(zao)出模量(liang)與人類皮(pi)膚相似的柔性(xing)傳感器仍然(ran)頗具(ju)挑戰(zhàn)性。本文報(bao)道了(le)一種基于聚(ju)偏氟乙(yi)烯（PVDF）的有機(ji)水凝膠(jiao)作為(wei)電子皮膚用(yong)壓電傳感(gan)器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促進了(le) PVDF 中電活性 β 相(xiang)的形成，并確保(bao)了有(you)機水凝膠傳感(gan)器的壓電(dian)性能(neng)。聚丙烯(xi)酸（PA）通過與 PVA 形(xing)成氫(qing)鍵來(lai)增強交聯(lián)密(mi)度和(he)機械性能，同時(shi)還充當(dāng)膠(jiao)凝劑以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外，有機(ji)溶劑二甲基(ji)亞砜(feng)（DMSO）被引(yin)入，為傳(chuan)感器賦予抗(kang)凍性能。該有(you)機水凝膠(jiao)在 100 次(ci)壓縮加載(zai) — 卸載循環(huán)(huan)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)異(yi)的抗疲勞(lao)性能。而且，有機(ji)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(xiang)應(yīng)時間以及(ji) 0-30N的寬壓力范圍(wei)。再者，該壓電(dian)有機水(shui)凝膠表現(xiàn)(xian)出出色的(de)抗凍(dong)性能，即便在(zai)低溫下(xia)冷凍 10 天(tian)之后仍能保(bao)留其(qi)機械和壓電(dian)特性?；?ji)于 PVDF 的有機水凝(ning)膠已被證(zheng)實，在(zai)無需(xu)外部電源的(de)情況下，對(dui)于人體運動(dong)檢測有(you)著重(zhong)大的應(yīng)用潛力(li)。

機械性能對于(yu)壓電(dian)有機水凝(ning)膠作為傳感器(qi)在電子皮膚中(zhong)的應(yīng)用(yong)尤為重要。為了(le)研究聚丙烯(xi)酸（PA）對有機水(shui)凝膠(jiao)機械性(xing)能的(de)影響(xiang)，我們對(dui)含有不同聚(ju)丙烯(xi)酸含量(liang)的有(you)機水凝膠(jiao)的彈性(xing)性能(neng)進行了測試(shi)。在應(yīng)力-應(yīng)(ying)變曲線(xian)圖中可以(yi)觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)較低(di)的抗壓能力，在(zai)受到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變時就(jiu)會發(fā)生破裂(lie)。相比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更(geng)強的機(ji)械性(xing)能，因為它能夠(gou)承受高達 0.17 Mpa的(de)應(yīng)力而不會破(po)裂。隨著PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有機(ji)水凝(ning)膠的壓縮強(qiang)度和(he)模量也隨之(zhi)增加(jia)。這種(zhong)性能的改善歸(gui)因于PA中羥(qiang)基所促成(cheng)的眾多氫鍵，這(zhe)些羥基會與(yu)PVA中的羥基發(fā)(fa)生物理交聯(lián)(lian)。這些增強(qiang)的分(fen)子間相互作用(yong)顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝膠(jiao)的機械性能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiang)度有所下降(jiang)，這表(biao)明隨著PA含量(liang)進一步(bu)增加，有(you)機水凝膠的(de)機械性(xing)能出現(xiàn)了(le)下滑。隨著PA過(guo)量增加，更多(duo)的氫鍵形(xing)成，這會(hui)減少(shao)PVA內(nèi)部分子(zi)間的氫(qing)鍵，進(jin)而導(dǎo)致(zhi)有機水凝(ning)膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得(de)疏松。為了進(jin)一步探究(jiu)有機水(shui)凝膠的機械(xie)耐久性，我(wo)們對在應(yīng)(ying)力測試中(zhong)表現(xiàn)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠進行了循(xun)環(huán)加載 — 卸載測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝膠的機(ji)械穩(wěn)定性和抗(kang)疲勞(lao)性能十分出(chu)色，這(zhe)從其經(jīng)(jing)過 100 次循環(huán)(huan)后仍保持一致(zhi)的曲線（疲(pi)勞測試）便可(ke)得到證明(ming)。在 50% 的壓(ya)縮應(yīng)變下，該有(you)機水凝(ning)膠的應(yīng)力(li)曲線在經(jīng)過 100 次(ci)壓縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后僅(jin)顯示出微(wei)小的(de)滯后(hou)現(xiàn)象(xiang)。