近日，杭州(zhou)電子(zi)科技(ji)大學(xué)電子信息(xi)學(xué)院研究人員在(zai)國(guó)際期刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二區(qū)(qu)，影響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究(jiu)性論文。在該(gai)論文(wen)中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)性能和(he)抗疲(pi)勞性(xing)能等指標(biāo)。

自供電壓(ya)電傳感器能(neng)夠有效(xiao)解決電子(zi)皮膚(fu)的供電(dian)問題(ti)。然而，制造出模(mo)量與人類皮膚(fu)相似(shi)的柔(rou)性傳感器(qi)仍然頗具挑戰(zhàn)(zhan)性。本文(wen)報(bào)道了一種基(ji)于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的(de)有機(jī)水凝膠(jiao)作為電(dian)子皮膚用(yong)壓電傳感器。聚(ju)乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)(gou)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)了(le) PVDF 中電活性 β 相(xiang)的形成，并確保(bao)了有機(jī)(ji)水凝膠傳感(gan)器的壓電性能(neng)。聚丙(bing)烯酸（PA）通過與 PVA 形(xing)成氫鍵(jian)來增強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度和(he)機(jī)械性能，同時(shí)(shi)還充當(dāng)(dang)膠凝(ning)劑以減少 PVA 結(jié)(jie)晶。此外，有機(jī)(ji)溶劑二甲基亞(ya)砜（DMSO）被引(yin)入，為傳感器(qi)賦予抗凍性(xing)能。該有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)在 100 次壓縮加(jia)載 — 卸(xie)載循環(huán)后展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異的抗疲(pi)勞性能(neng)。而且(qie)，有機(jī)水凝膠壓(ya)電傳感器(qi)有著令(ling)人矚目的約(yue) 8 毫秒的響應(yīng)(ying)時(shí)間以及 0-30N的(de)寬壓力(li)范圍。再(zai)者，該壓電有機(jī)(ji)水凝膠表(biao)現(xiàn)出出色的抗(kang)凍性能，即便(bian)在低溫(wen)下冷凍(dong) 10 天之后仍能(neng)保留(liu)其機(jī)械和(he)壓電特(te)性?；?PVDF 的(de)有機(jī)水凝膠(jiao)已被證實(shí)，在無(wu)需外部電源的(de)情況下，對(duì)于人(ren)體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)有(you)著重(zhong)大的(de)應(yīng)用(yong)潛力。

機(jī)械性(xing)能對(duì)于壓電(dian)有機(jī)水凝膠(jiao)作為傳感(gan)器在電子(zi)皮膚中的(de)應(yīng)用尤為重(zhong)要。為了研(yan)究聚丙烯酸(suan)（PA）對(duì)有機(jī)水凝(ning)膠機(jī)械性(xing)能的影響，我(wo)們對(duì)含(han)有不同聚丙烯(xi)酸含量的(de)有機(jī)水凝(ning)膠的彈性(xing)性能(neng)進(jìn)行(xing)了測(cè)(ce)試。在應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線(xian)圖中可以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出較低(di)的抗壓能力，在(zai)受到 45% 的(de)壓縮(suo)應(yīng)變時(shí)就會(huì)(hui)發(fā)生(sheng)破裂。相(xiang)比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了(le)更強(qiáng)的機(jī)械性(xing)能，因(yin)為它能(neng)夠承(cheng)受高達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)(ying)力而不會(huì)(hui)破裂。隨著(zhe)PA含量從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有機(jī)水凝(ning)膠的壓縮(suo)強(qiáng)度(du)和模(mo)量也隨(sui)之增加。這種性(xing)能的(de)改善歸因于(yu)PA中羥基所促(cu)成的眾多氫(qing)鍵，這些羥基會(huì)(hui)與PVA中(zhong)的羥基發(fā)生(sheng)物理(li)交聯(lián)。這些增(zeng)強(qiáng)的(de)分子間相(xiang)互作(zuo)用顯著地改善(shan)了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)(ji)水凝膠的(de)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，這(zhe)表明隨著PA含(han)量進(jìn)一步增(zeng)加，有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械性能(neng)出現(xiàn)了(le)下滑(hua)。隨著PA過(guo)量增加，更多的(de)氫鍵形成，這會(huì)(hui)減少PVA內(nèi)部分子(zi)間的氫鍵，進(jìn)而(er)導(dǎo)致有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)的網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得疏(shu)松。為了進(jìn)(jin)一步(bu)探究有機(jī)(ji)水凝(ning)膠的機(jī)(ji)械耐久性，我們(men)對(duì)在應(yīng)(ying)力測(cè)試中表(biao)現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠進(jìn)行了(le)循環(huán)加載 — 卸載(zai)測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)穩(wěn)定性和抗疲(pi)勞性能(neng)十分出色，這從(cong)其經(jīng)過 100 次循(xun)環(huán)后(hou)仍保持一致的(de)曲線（疲勞測(cè)(ce)試）便(bian)可得到證(zheng)明。在 50% 的壓縮(suo)應(yīng)變下，該有(you)機(jī)水凝(ning)膠的應(yīng)力(li)曲線(xian)在經(jīng)過(guo) 100 次壓(ya)縮加載 — 卸(xie)載循(xun)環(huán)后僅顯(xian)示出微(wei)小的滯后現(xiàn)(xian)象。