近日(ri)，杭州(zhou)電子科技大學(xue)電子信息學(xue)院研究人員(yuan)在國際期刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院二區(qū)(qu)，影響(xiang)因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題(ti)為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研(yan)究性(xing)論文。在該論(lun)文中，研究人(ren)員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構儀(yi)用于測定有(you)機水凝(ning)膠的機械性(xing)能和抗疲(pi)勞性能等指標(biao)。

自供電壓電(dian)傳感器能夠(gou)有效解決電(dian)子皮膚的供電(dian)問題。然而，制造(zao)出模量與人(ren)類皮膚相(xiang)似的柔性傳(chuan)感器仍(reng)然頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本文報道(dao)了一(yi)種基于聚(ju)偏氟乙烯（PVDF）的(de)有機水凝(ning)膠作為電(dian)子皮膚用壓電(dian)傳感器。聚乙(yi)烯醇（PVA）構成主(zhu)要網(wǎng)(wang)絡，促進了 PVDF 中(zhong)電活性 β 相的(de)形成(cheng)，并確(que)保了有機(ji)水凝(ning)膠傳(chuan)感器(qi)的壓電性能(neng)。聚丙烯(xi)酸（PA）通過與(yu) PVA 形成氫(qing)鍵來增(zeng)強交聯(lián)密(mi)度和機械性能(neng)，同時還(hai)充當(dang)膠凝劑以(yi)減少 PVA 結(jie)晶。此外，有機溶(rong)劑二甲基亞(ya)砜（DMSO）被引入，為(wei)傳感(gan)器賦(fu)予抗凍性能。該(gai)有機水凝(ning)膠在 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)出優(yōu)(you)異的抗(kang)疲勞性能。而(er)且，有機水凝膠(jiao)壓電(dian)傳感器有著令(ling)人矚目的約 8 毫(hao)秒的響應時間(jian)以及 0-30N的(de)寬壓力范圍(wei)。再者，該壓(ya)電有機水凝(ning)膠表現(xiàn)出出(chu)色的抗凍(dong)性能(neng)，即便在(zai)低溫下(xia)冷凍 10 天之后(hou)仍能保留其(qi)機械和(he)壓電特(te)性?；?PVDF 的(de)有機(ji)水凝膠已被證(zheng)實，在(zai)無需外(wai)部電源(yuan)的情況下，對于(yu)人體(ti)運動檢測有(you)著重大(da)的應用(yong)潛力。

機械性(xing)能對于(yu)壓電有(you)機水凝膠作(zuo)為傳感器(qi)在電子皮膚(fu)中的應用尤(you)為重(zhong)要。為了研究聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）對有機水凝膠(jiao)機械性(xing)能的影(ying)響，我們對含有(you)不同(tong)聚丙(bing)烯酸含量的有(you)機水(shui)凝膠的(de)彈性性能進行(xing)了測試。在(zai)應力-應變(bian)曲線圖(tu)中可以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝膠表(biao)現(xiàn)出較(jiao)低的抗(kang)壓能力(li)，在受到 45% 的壓(ya)縮應變時(shi)就會發(fā)生(sheng)破裂(lie)。相比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更強的機(ji)械性(xing)能，因為(wei)它能夠承受(shou)高達 0.17 Mpa的應力而(er)不會破(po)裂。隨著PA含(han)量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(ji)水凝膠的(de)壓縮強度(du)和模量也隨之(zhi)增加(jia)。這種性能的(de)改善歸因于(yu)PA中羥基所(suo)促成的眾多氫(qing)鍵，這些羥基(ji)會與PVA中的(de)羥基(ji)發(fā)生物(wu)理交聯(lián)。這些(xie)增強的分子間(jian)相互作用(yong)顯著地改(gai)善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(ji)水凝膠的(de)機械性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiang)度有所(suo)下降，這表明隨(sui)著PA含量進(jin)一步增加，有機(ji)水凝膠(jiao)的機械性(xing)能出(chu)現(xiàn)了下滑(hua)。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)分子間的(de)氫鍵，進而導致(zhi)有機水凝(ning)膠的網(wǎng)絡(luo)結構變得(de)疏松。為了(le)進一步(bu)探究有機(ji)水凝(ning)膠的機械耐(nai)久性，我們(men)對在應力測試(shi)中表現(xiàn)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠(jiao)進行(xing)了循環(huán)加(jia)載 — 卸載測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠的(de)機械穩(wěn)定性(xing)和抗(kang)疲勞性能十(shi)分出(chu)色，這從其(qi)經(jīng)過 100 次循環(huán)(huan)后仍(reng)保持一(yi)致的曲線（疲勞(lao)測試(shi)）便可得到證明(ming)。在 50% 的壓(ya)縮應變下，該(gai)有機水凝(ning)膠的(de)應力曲線在經(jīng)(jing)過 100 次(ci)壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)后(hou)僅顯(xian)示出微小的滯(zhi)后現(xiàn)象。