近日，杭(hang)州電子科技(ji)大學(xué)(xue)電子信息學(xué)(xue)院研究人(ren)員在(zai)國(guó)際(ji)期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)(qu)，影響(xiang)因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了題(ti)為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論文(wen)。在該論文中(zhong)，研究(jiu)人員利用上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測(cè)定有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)和抗疲勞(lao)性能(neng)等指標(biāo)。

自供電(dian)壓電傳感(gan)器能夠有(you)效解決電子(zi)皮膚的(de)供電問(wèn)(wen)題。然(ran)而，制造(zao)出模量與人類(lei)皮膚相似的柔(rou)性傳(chuan)感器仍然頗具(ju)挑戰(zhàn)性。本文(wen)報(bào)道了一種(zhong)基于(yu)聚偏(pian)氟乙烯(xi)（PVDF）的有(you)機(jī)水凝膠作為(wei)電子皮膚用壓(ya)電傳感器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)了(le) PVDF 中電活性 β 相的(de)形成(cheng)，并確保了有(you)機(jī)水(shui)凝膠傳感(gan)器的(de)壓電(dian)性能。聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）通過(guò)與 PVA 形(xing)成氫鍵來(lái)(lai)增強(qiáng)交(jiao)聯(lián)密(mi)度和機(jī)(ji)械性能，同時(shí)(shi)還充當(dāng)膠凝劑(ji)以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機(jī)溶劑二(er)甲基亞(ya)砜（DMSO）被引(yin)入，為傳(chuan)感器賦予(yu)抗凍(dong)性能。該有機(jī)(ji)水凝膠在(zai) 100 次壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)后(hou)展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異的(de)抗疲勞性能。而(er)且，有機(jī)水凝膠(jiao)壓電傳感器(qi)有著令人矚(zhu)目的約 8 毫(hao)秒的響應(yīng)(ying)時(shí)間以及 0-30N的(de)寬壓力范圍(wei)。再者，該(gai)壓電有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)出色的(de)抗凍性能，即(ji)便在低溫下冷(leng)凍 10 天(tian)之后仍(reng)能保留(liu)其機(jī)械(xie)和壓電特性(xing)?；?PVDF 的(de)有機(jī)(ji)水凝膠已(yi)被證實(shí)，在無(wú)需(xu)外部電源的(de)情況(kuang)下，對(duì)(dui)于人體運(yùn)動(dòng)(dong)檢測(cè)有著重大(da)的應(yīng)用潛力。

機(jī)械性能對(duì)(dui)于壓電有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)作為傳(chuan)感器在(zai)電子(zi)皮膚(fu)中的應(yīng)用(yong)尤為重要。為(wei)了研究聚丙烯(xi)酸（PA）對(duì)(dui)有機(jī)水凝膠機(jī)(ji)械性(xing)能的影響(xiang)，我們對(duì)含有不(bu)同聚丙烯酸含(han)量的(de)有機(jī)水凝膠(jiao)的彈(dan)性性能進(jìn)行了(le)測(cè)試。在應(yīng)力-應(yīng)(ying)變曲線圖中(zhong)可以(yi)觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)出較(jiao)低的抗壓能(neng)力，在受到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變時(shí)就(jiu)會(huì)發(fā)生(sheng)破裂。相比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了(le)更強(qiáng)的機(jī)械(xie)性能，因(yin)為它(ta)能夠承(cheng)受高達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)(ying)力而不(bu)會(huì)破裂。隨著PA含(han)量從 0.2 增加到(dao) 0.5，有機(jī)水凝膠(jiao)的壓縮強(qiáng)度和(he)模量也隨之(zhi)增加。這種(zhong)性能的改善歸(gui)因于PA中羥基(ji)所促成(cheng)的眾(zhong)多氫鍵，這些(xie)羥基(ji)會(huì)與PVA中(zhong)的羥基發(fā)生物(wu)理交聯(lián)。這些增(zeng)強(qiáng)的分子間(jian)相互(hu)作用顯著(zhu)地改善(shan)了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝膠(jiao)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(jiang)，這表(biao)明隨(sui)著PA含(han)量進(jìn)(jin)一步(bu)增加，有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械(xie)性能出(chu)現(xiàn)了下滑(hua)。隨著PA過(guò)量增加(jia)，更多的氫(qing)鍵形(xing)成，這會(huì)減少(shao)PVA內(nèi)部分子(zi)間的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)致有機(jī)(ji)水凝膠的網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得(de)疏松(song)。為了(le)進(jìn)一步探究有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)耐久性(xing)，我們對(duì)在應(yīng)力(li)測(cè)試中表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠進(jìn)(jin)行了循環(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(ding)性和抗疲勞性(xing)能十分出色，這(zhe)從其經(jīng)過(guò) 100 次循(xun)環(huán)后(hou)仍保(bao)持一致(zhi)的曲線（疲勞測(cè)(ce)試）便可(ke)得到證明(ming)。在 50% 的壓縮(suo)應(yīng)變下(xia)，該有機(jī)水凝(ning)膠的應(yīng)(ying)力曲線在經(jīng)過(guò)(guo) 100 次壓縮(suo)加載 — 卸(xie)載循環(huán)后(hou)僅顯示出微(wei)小的滯后現(xiàn)象(xiang)。