近日，杭(hang)州電子科技(ji)大學(xué)電子信息(xi)學(xué)院研究人員在國(guo)際期刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)，影響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表(biao)了題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論(lun)文中，研究人員(yuan)利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測定(ding)有機水凝(ning)膠的機械性能(neng)和抗疲(pi)勞性(xing)能等指標(biāo)。

自供電壓電(dian)傳感器能夠有(you)效解決電子(zi)皮膚的供(gong)電問題(ti)。然而，制造(zao)出模量與(yu)人類皮膚相似(shi)的柔性(xing)傳感(gan)器仍然頗具(ju)挑戰(zhàn)性。本(ben)文報道了一種(zhong)基于聚偏氟乙(yi)烯（PVDF）的有機(ji)水凝膠作為電(dian)子皮膚(fu)用壓電傳感器(qi)。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進了(le) PVDF 中電活(huo)性 β 相(xiang)的形(xing)成，并確保(bao)了有(you)機水凝(ning)膠傳感器的(de)壓電性能。聚(ju)丙烯酸（PA）通過與(yu) PVA 形成氫鍵來(lai)增強交聯(lián)密度(du)和機械(xie)性能，同時還(hai)充當(dāng)膠凝(ning)劑以(yi)減少 PVA 結(jié)晶。此外(wai)，有機溶(rong)劑二甲基亞(ya)砜（DMSO）被(bei)引入，為(wei)傳感器賦(fu)予抗凍性(xing)能。該有機水凝(ning)膠在 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異(yi)的抗疲勞(lao)性能。而且，有機(ji)水凝膠壓(ya)電傳感器有(you)著令人(ren)矚目的(de)約 8 毫秒的響(xiang)應(yīng)時(shi)間以(yi)及 0-30N的(de)寬壓力范圍。再(zai)者，該壓電(dian)有機水(shui)凝膠表(biao)現(xiàn)出(chu)出色的抗凍性(xing)能，即(ji)便在低(di)溫下冷凍 10 天之(zhi)后仍能保留其(qi)機械和壓電特(te)性。基于 PVDF 的有機(ji)水凝膠已(yi)被證實，在無需(xu)外部電源(yuan)的情況下，對(dui)于人體(ti)運動(dong)檢測(ce)有著重大(da)的應(yīng)用潛力(li)。

機械性能(neng)對于壓電有機(ji)水凝膠作為傳(chuan)感器在(zai)電子皮膚中的(de)應(yīng)用(yong)尤為重要。為(wei)了研究聚(ju)丙烯酸（PA）對(dui)有機(ji)水凝膠(jiao)機械性能的(de)影響，我們(men)對含有不同聚(ju)丙烯酸(suan)含量(liang)的有機水(shui)凝膠的(de)彈性性能進(jin)行了測試。在(zai)應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線圖中可(ke)以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水(shui)凝膠表現(xiàn)(xian)出較低的抗壓(ya)能力，在受到 45% 的(de)壓縮應(yīng)變(bian)時就會發(fā)(fa)生破裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更強的(de)機械性能，因為(wei)它能夠承(cheng)受高達 0.17 Mpa的應(yīng)力(li)而不(bu)會破裂。隨著PA含(han)量從 0.2 增加到 0.5，有(you)機水凝膠的(de)壓縮強(qiang)度和模量也隨(sui)之增加。這種(zhong)性能的(de)改善歸因于(yu)PA中羥基所促(cu)成的眾多(duo)氫鍵，這些(xie)羥基會(hui)與PVA中的(de)羥基(ji)發(fā)生物理交聯(lián)(lian)。這些增強的分(fen)子間相互作用(yong)顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝(ning)膠的機械(xie)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(zhe)PA含量進一(yi)步增加，有機水(shui)凝膠的機(ji)械性能出現(xiàn)(xian)了下滑(hua)。隨著PA過量(liang)增加(jia)，更多(duo)的氫鍵形成(cheng)，這會減少PVA內(nèi)部(bu)分子間的(de)氫鍵，進而導(dǎo)致(zhi)有機(ji)水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)(gou)變得(de)疏松。為了進一(yi)步探(tan)究有機水凝(ning)膠的機械(xie)耐久性，我們(men)對在應(yīng)(ying)力測試中表(biao)現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠(jiao)進行了循環(huán)加(jia)載 — 卸載測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠的機(ji)械穩(wěn)定性(xing)和抗(kang)疲勞性(xing)能十分(fen)出色，這從其(qi)經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)(huan)后仍保(bao)持一(yi)致的曲線(xian)（疲勞測(ce)試）便可得(de)到證明(ming)。在 50% 的壓(ya)縮應(yīng)變下，該(gai)有機(ji)水凝膠的(de)應(yīng)力曲線在(zai)經(jīng)過 100 次壓縮(suo)加載(zai) — 卸載(zai)循環(huán)后僅顯示(shi)出微小(xiao)的滯(zhi)后現(xiàn)象。