近日，杭州電(dian)子科技大學電(dian)子信息(xi)學院研究人員在(zai)國際期刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二區(qū)(qu)，影響因(yin)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(gai)論文(wen)中，研究(jiu)人員(yuan)利用上(shang)海騰拔(ba)Universal TA質構(gou)儀用于測定有(you)機水凝膠的(de)機械性能和(he)抗疲勞性能(neng)等指標(biao)。

自供電壓(ya)電傳感器能(neng)夠有(you)效解決電(dian)子皮膚的(de)供電問題。然而(er)，制造出模(mo)量與人類皮(pi)膚相(xiang)似的柔(rou)性傳(chuan)感器(qi)仍然頗具(ju)挑戰(zhàn)性(xing)。本文報道(dao)了一種基于聚(ju)偏氟乙烯(xi)（PVDF）的有機(ji)水凝膠作(zuo)為電子皮膚用(yong)壓電傳(chuan)感器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構成主(zhu)要網絡(luo)，促進了 PVDF 中(zhong)電活性 β 相的(de)形成(cheng)，并確保了有機(ji)水凝膠傳感(gan)器的(de)壓電性(xing)能。聚(ju)丙烯酸（PA）通過(guo)與 PVA 形成(cheng)氫鍵來(lai)增強交聯(lián)(lian)密度和機(ji)械性能，同時還(hai)充當(dang)膠凝(ning)劑以減少 PVA 結晶(jing)。此外，有機溶(rong)劑二(er)甲基亞(ya)砜（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器賦予抗凍(dong)性能。該(gai)有機水(shui)凝膠(jiao)在 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的抗(kang)疲勞性(xing)能。而(er)且，有機水凝(ning)膠壓(ya)電傳感器(qi)有著令人(ren)矚目的約(yue) 8 毫秒的響應(ying)時間(jian)以及 0-30N的寬壓(ya)力范圍(wei)。再者，該壓電有(you)機水(shui)凝膠表現(xiàn)出出(chu)色的抗凍性能(neng)，即便在低溫下(xia)冷凍 10 天(tian)之后仍能保(bao)留其機械(xie)和壓(ya)電特性。基于(yu) PVDF 的有機水(shui)凝膠已被證(zheng)實，在無需外(wai)部電源(yuan)的情況(kuang)下，對(dui)于人體運動(dong)檢測(ce)有著重大的(de)應用潛力(li)。

機械性能(neng)對于壓(ya)電有機水凝膠(jiao)作為傳感器(qi)在電子皮(pi)膚中的應(ying)用尤為重要(yao)。為了研(yan)究聚(ju)丙烯酸（PA）對(dui)有機(ji)水凝膠機械(xie)性能(neng)的影響，我(wo)們對含有不同(tong)聚丙烯(xi)酸含量的有(you)機水凝膠的彈(dan)性性能進行(xing)了測試。在(zai)應力-應變曲線(xian)圖中可(ke)以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水(shui)凝膠表現(xiàn)出(chu)較低(di)的抗壓(ya)能力，在受到(dao) 45% 的壓(ya)縮應變(bian)時就會發(fā)生(sheng)破裂(lie)。相比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更強(qiang)的機械(xie)性能，因為(wei)它能(neng)夠承受高(gao)達 0.17 Mpa的應力(li)而不會(hui)破裂。隨著(zhe)PA含量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(ji)水凝(ning)膠的壓(ya)縮強度和模量(liang)也隨(sui)之增(zeng)加。這種(zhong)性能的改善(shan)歸因于(yu)PA中羥基所促(cu)成的眾(zhong)多氫鍵(jian)，這些羥(qiang)基會與PVA中的(de)羥基發(fā)生物理(li)交聯(lián)(lian)。這些增強的(de)分子間相互(hu)作用顯(xian)著地改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)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(ya)強度有所下(xia)降，這表明(ming)隨著PA含量(liang)進一步增加(jia)，有機水凝膠的(de)機械(xie)性能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過量增(zeng)加，更多(duo)的氫(qing)鍵形成，這會(hui)減少PVA內部分子(zi)間的(de)氫鍵(jian)，進而(er)導致有(you)機水凝膠的(de)網絡結(jie)構變得疏松。為(wei)了進一步探(tan)究有機水(shui)凝膠的(de)機械耐久(jiu)性，我(wo)們對在應(ying)力測試中(zhong)表現(xiàn)(xian)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠(jiao)進行了循環(huán)(huan)加載 — 卸載測試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠的機(ji)械穩(wěn)(wen)定性和抗疲勞(lao)性能十分出(chu)色，這(zhe)從其經過 100 次(ci)循環(huán)(huan)后仍(reng)保持一致的(de)曲線(xian)（疲勞測試）便可(ke)得到證明。在(zai) 50% 的壓縮應變(bian)下，該有(you)機水(shui)凝膠的(de)應力曲線在經(jing)過 100 次(ci)壓縮加(jia)載 — 卸載循(xun)環(huán)后(hou)僅顯示(shi)出微小的滯后(hou)現(xiàn)象。