近日，杭(hang)州電(dian)子科技大學(xué)(xue)電子信息學(xué)(xue)院研究人員(yuan)在國際期(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"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測(ce)定有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械性(xing)能和(he)抗疲(pi)勞性能等指標(biāo)(biao)。

自供電壓電傳(chuan)感器能(neng)夠有(you)效解決電(dian)子皮膚的供電(dian)問題。然(ran)而，制(zhi)造出模量(liang)與人類(lei)皮膚相似的(de)柔性(xing)傳感器仍然頗(po)具挑戰(zhàn)性。本文(wen)報道了(le)一種(zhong)基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)作為電子皮膚(fu)用壓(ya)電傳感器。聚乙(yi)烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成(cheng)主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進(jìn)(jin)了 PVDF 中電活(huo)性 β 相的形成，并(bing)確保了有機(jī)水(shui)凝膠傳感(gan)器的壓電性能(neng)。聚丙烯酸（PA）通過(guo)與 PVA 形(xing)成氫(qing)鍵來增強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度和機(jī)械性(xing)能，同時還充(chong)當(dāng)膠(jiao)凝劑以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機(jī)溶(rong)劑二(er)甲基亞砜（DMSO）被引(yin)入，為傳(chuan)感器賦予抗(kang)凍性能。該(gai)有機(jī)水凝膠在(zai) 100 次壓(ya)縮加(jia)載 — 卸(xie)載循環(huán)后展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異的抗(kang)疲勞性能。而(er)且，有機(jī)水(shui)凝膠壓電傳感(gan)器有(you)著令人(ren)矚目的約 8 毫(hao)秒的響(xiang)應(yīng)時間以及 0-30N的(de)寬壓力范圍。再(zai)者，該壓電有機(jī)(ji)水凝膠表現(xiàn)出(chu)出色的抗凍性(xing)能，即便在(zai)低溫(wen)下冷凍 10 天之(zhi)后仍能保留(liu)其機(jī)械(xie)和壓(ya)電特性?；?ji)于 PVDF 的有機(jī)水凝(ning)膠已被證實(shí)(shi)，在無需外(wai)部電源的情(qing)況下，對(dui)于人(ren)體運(yùn)動檢(jian)測有著重大(da)的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械性能對(dui)于壓電有機(jī)(ji)水凝膠作為(wei)傳感器(qi)在電子皮膚(fu)中的應(yīng)用尤(you)為重要(yao)。為了研究(jiu)聚丙(bing)烯酸（PA）對有機(jī)水(shui)凝膠機(jī)械(xie)性能的影響，我(wo)們對含有不(bu)同聚丙烯酸含(han)量的有機(jī)(ji)水凝膠的(de)彈性性能進(jìn)(jin)行了測試(shi)。在應(yīng)力-應(yīng)(ying)變曲線(xian)圖中可(ke)以觀(guan)察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出較低(di)的抗壓(ya)能力，在受(shou)到 45% 的壓縮應(yīng)(ying)變時就會發(fā)生(sheng)破裂。相比(bi)之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更(geng)強(qiáng)的機(jī)械性(xing)能，因(yin)為它能夠(gou)承受(shou)高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而不(bu)會破(po)裂。隨著PA含量(liang)從 0.2 增加到 0.5，有(you)機(jī)水凝(ning)膠的壓縮強(qiáng)(qiang)度和模(mo)量也隨(sui)之增(zeng)加。這種(zhong)性能的改善(shan)歸因于PA中羥(qiang)基所促成的(de)眾多氫鍵，這(zhe)些羥基會與(yu)PVA中的羥基發(fā)生(sheng)物理(li)交聯(lián)。這些增強(qiáng)(qiang)的分子間相互(hu)作用顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械性能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗(kang)壓強(qiáng)(qiang)度有所下降，這(zhe)表明隨(sui)著PA含(han)量進(jìn)一步增(zeng)加，有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)出現(xiàn)了下滑。隨(sui)著PA過量增加(jia)，更多的氫(qing)鍵形成，這(zhe)會減少PVA內(nèi)部分(fen)子間的氫(qing)鍵，進(jìn)而導(dǎo)致(zhi)有機(jī)水凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏松。為(wei)了進(jìn)一步探(tan)究有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)(ji)械耐久性(xing)，我們對在應(yīng)力(li)測試(shi)中表現(xiàn)最佳(jia)的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝膠進(jìn)(jin)行了循環(huán)加(jia)載 — 卸(xie)載測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)械(xie)穩(wěn)定性和抗(kang)疲勞(lao)性能十分出色(se)，這從其經(jīng)過(guo) 100 次循環(huán)(huan)后仍保持一致(zhi)的曲線（疲勞(lao)測試）便可得到(dao)證明。在(zai) 50% 的壓縮應(yīng)變下(xia)，該有機(jī)(ji)水凝(ning)膠的應(yīng)力(li)曲線(xian)在經(jīng)過 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載循(xun)環(huán)后僅顯示出(chu)微小的滯后現(xiàn)(xian)象。