近日，杭(hang)州電子(zi)科技大(da)學(xué)電子信息(xi)學(xué)院研究人員在國(guo)際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)，影響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了(le)題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究(jiu)性論文。在該論(lun)文中，研(yan)究人員(yuan)利用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測定有(you)機水(shui)凝膠的機(ji)械性能(neng)和抗(kang)疲勞性能(neng)等指(zhi)標。

自供電壓電(dian)傳感器能夠有(you)效解決電子皮(pi)膚的供電(dian)問題。然(ran)而，制造出模(mo)量與人(ren)類皮膚相似(shi)的柔性傳感(gan)器仍然頗(po)具挑戰(zhàn)性。本(ben)文報道了一種(zhong)基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機(ji)水凝膠作為(wei)電子皮膚(fu)用壓電(dian)傳感器。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)(gou)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進(jin)了 PVDF 中電活(huo)性 β 相的形(xing)成，并確保了(le)有機(ji)水凝(ning)膠傳感器的(de)壓電性能。聚(ju)丙烯酸（PA）通(tong)過與(yu) PVA 形成(cheng)氫鍵來增(zeng)強交聯(lián)密度(du)和機械性能(neng)，同時(shi)還充當(dang)膠凝劑以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機溶(rong)劑二甲(jia)基亞砜（DMSO）被(bei)引入，為(wei)傳感器賦予抗(kang)凍性能(neng)。該有(you)機水凝膠在(zai) 100 次壓縮加載 — 卸(xie)載循(xun)環(huán)后展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異的抗疲(pi)勞性能。而(er)且，有機水凝膠(jiao)壓電傳感(gan)器有著令人矚(zhu)目的(de)約 8 毫秒的響應(yīng)(ying)時間(jian)以及 0-30N的寬壓力(li)范圍。再者，該壓(ya)電有(you)機水凝膠表現(xiàn)(xian)出出色的(de)抗凍性(xing)能，即便在低(di)溫下(xia)冷凍 10 天之(zhi)后仍(reng)能保留(liu)其機械和壓電(dian)特性(xing)?；?PVDF 的(de)有機水(shui)凝膠已(yi)被證(zheng)實，在(zai)無需(xu)外部電源(yuan)的情況(kuang)下，對于人體運(yun)動檢測有(you)著重大的(de)應(yīng)用潛力。

機械性能對于(yu)壓電(dian)有機水凝(ning)膠作(zuo)為傳感器(qi)在電子皮(pi)膚中(zhong)的應(yīng)用(yong)尤為重要(yao)。為了研究聚(ju)丙烯酸（PA）對有(you)機水凝膠機(ji)械性能(neng)的影響，我們(men)對含(han)有不同(tong)聚丙烯(xi)酸含量的有機(ji)水凝膠的彈(dan)性性能進行(xing)了測試。在(zai)應(yīng)力-應(yīng)(ying)變曲線圖(tu)中可以觀(guan)察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝(ning)膠表現(xiàn)出較(jiao)低的(de)抗壓能力，在受(shou)到 45% 的(de)壓縮應(yīng)變時就(jiu)會發(fā)生破(po)裂。相(xiang)比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更(geng)強的機(ji)械性(xing)能，因為它能(neng)夠承受高達 0.17 Mpa的(de)應(yīng)力而不會(hui)破裂。隨(sui)著PA含(han)量從 0.2 增加到(dao) 0.5，有機水凝膠(jiao)的壓縮強(qiang)度和(he)模量也隨之增(zeng)加。這種性能的(de)改善歸因于(yu)PA中羥基所(suo)促成的眾(zhong)多氫鍵(jian)，這些羥基會與(yu)PVA中的羥基發(fā)(fa)生物理(li)交聯(lián)(lian)。這些增強(qiang)的分(fen)子間相互作(zuo)用顯著地改善(shan)了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機水凝膠的機(ji)械性能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強度有(you)所下降，這表(biao)明隨著PA含量進(jin)一步增加，有(you)機水(shui)凝膠的(de)機械性能出(chu)現(xiàn)了下滑(hua)。隨著PA過(guo)量增加，更多的(de)氫鍵形成，這會(hui)減少PVA內(nèi)部分(fen)子間的氫(qing)鍵，進而導(dǎo)(dao)致有機(ji)水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變(bian)得疏松(song)。為了(le)進一步(bu)探究有機水(shui)凝膠的機械耐(nai)久性，我們(men)對在應(yīng)力測試(shi)中表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝(ning)膠進行了(le)循環(huán)加載 — 卸(xie)載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠(jiao)的機械穩(wěn)定性(xing)和抗疲勞性(xing)能十分出(chu)色，這從其(qi)經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)后仍保(bao)持一(yi)致的曲線(xian)（疲勞測試(shi)）便可得到證明(ming)。在 50% 的壓(ya)縮應(yīng)變下，該(gai)有機水凝膠(jiao)的應(yīng)(ying)力曲線在(zai)經(jīng)過(guo) 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯示出微(wei)小的(de)滯后現(xiàn)象。