近日(ri)，杭州電子科技(ji)大學(xué)電(dian)子信息學(xué)(xue)院研究人員在(zai)國(guó)際期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)(qu)，影響(xiang)因子IF=4.9）發(fā)(fa)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。在該論文中，研(yan)究人員(yuan)利用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)和抗(kang)疲勞性能(neng)等指標(biāo)。

自供電壓電(dian)傳感器能夠(gou)有效解(jie)決電子(zi)皮膚的供(gong)電問題。然(ran)而，制(zhi)造出模量與人(ren)類皮膚(fu)相似(shi)的柔性傳感(gan)器仍然(ran)頗具挑戰(zhàn)性(xing)。本文報(bào)道了一(yi)種基(ji)于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的(de)有機(jī)水凝(ning)膠作為電子皮(pi)膚用壓電傳(chuan)感器。聚乙(yi)烯醇（PVA）構(gòu)(gou)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促(cu)進(jìn)了 PVDF 中電活(huo)性 β 相的形成，并(bing)確保(bao)了有(you)機(jī)水凝(ning)膠傳感(gan)器的壓電(dian)性能。聚丙烯(xi)酸（PA）通過與 PVA 形成(cheng)氫鍵來(lai)增強(qiáng)(qiang)交聯(lián)密度和機(jī)(ji)械性(xing)能，同時(shí)還充(chong)當(dāng)膠凝劑(ji)以減少 PVA 結(jié)晶(jing)。此外，有(you)機(jī)溶劑二(er)甲基亞砜（DMSO）被引(yin)入，為傳(chuan)感器賦予抗(kang)凍性能。該有(you)機(jī)水凝膠在(zai) 100 次壓(ya)縮加載(zai) — 卸載循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出優(yōu)(you)異的抗(kang)疲勞性能(neng)。而且(qie)，有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)壓電(dian)傳感器有著(zhe)令人(ren)矚目(mu)的約(yue) 8 毫秒的響(xiang)應(yīng)時(shí)間以及 0-30N的(de)寬壓力范圍(wei)。再者，該壓電有(you)機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)出出色(se)的抗凍(dong)性能(neng)，即便在低溫下(xia)冷凍 10 天之后(hou)仍能保留其(qi)機(jī)械和壓電特(te)性。基于(yu) PVDF 的有機(jī)(ji)水凝膠已被(bei)證實(shí)，在無需外(wai)部電源的(de)情況下，對(duì)(dui)于人體運(yùn)(yun)動(dòng)檢測(cè)有著(zhe)重大的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械性能(neng)對(duì)于壓(ya)電有機(jī)水凝膠(jiao)作為傳感器(qi)在電子(zi)皮膚中的應(yīng)(ying)用尤為重(zhong)要。為了(le)研究聚丙烯酸(suan)（PA）對(duì)有機(jī)水(shui)凝膠機(jī)械性能(neng)的影響，我們(men)對(duì)含有(you)不同聚丙烯(xi)酸含(han)量的有機(jī)水凝(ning)膠的彈(dan)性性能進(jìn)行(xing)了測(cè)(ce)試。在應(yīng)力(li)-應(yīng)變曲線圖中(zhong)可以(yi)觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水(shui)凝膠表(biao)現(xiàn)出(chu)較低的(de)抗壓能(neng)力，在受到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)(ying)變時(shí)就會(huì)(hui)發(fā)生破裂。相(xiang)比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了(le)更強(qiáng)的(de)機(jī)械性(xing)能，因?yàn)樗軌?gou)承受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的(de)應(yīng)力而(er)不會(huì)(hui)破裂。隨著(zhe)PA含量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(jī)水(shui)凝膠的(de)壓縮強(qiáng)度(du)和模量也(ye)隨之增加。這(zhe)種性能(neng)的改善歸因于(yu)PA中羥基所(suo)促成(cheng)的眾多氫鍵，這(zhe)些羥基(ji)會(huì)與PVA中的羥(qiang)基發(fā)(fa)生物理交(jiao)聯(lián)。這(zhe)些增強(qiáng)(qiang)的分子(zi)間相互作(zuo)用顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(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(qiáng)(qiang)度有所下降，這(zhe)表明隨著PA含量(liang)進(jìn)一(yi)步增(zeng)加，有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械(xie)性能出(chu)現(xiàn)了下滑。隨著(zhe)PA過量增加，更(geng)多的(de)氫鍵形成(cheng)，這會(huì)減少(shao)PVA內(nèi)部分子(zi)間的氫(qing)鍵，進(jìn)而導(dǎo)致有(you)機(jī)水(shui)凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏松。為了(le)進(jìn)一步探究有(you)機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械(xie)耐久性，我們對(duì)(dui)在應(yīng)力測(cè)試(shi)中表現(xiàn)(xian)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠進(jìn)(jin)行了循環(huán)(huan)加載 — 卸載測(cè)試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械(xie)穩(wěn)定性和(he)抗疲勞性能十(shi)分出色(se)，這從其(qi)經(jīng)過 100 次循環(huán)(huan)后仍(reng)保持(chi)一致的曲線（疲(pi)勞測(cè)(ce)試）便(bian)可得到證明(ming)。在 50% 的壓縮應(yīng)變(bian)下，該有機(jī)水凝(ning)膠的應(yīng)力曲(qu)線在經(jīng)(jing)過 100 次(ci)壓縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后僅顯(xian)示出微小的滯(zhi)后現(xiàn)象。