近日，杭州電(dian)子科技大學電(dian)子信息學(xue)院研究人(ren)員在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)(qu)，影響因子IF=4.9）發(fā)表(biao)了題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論文(wen)。在該論文中(zhong)，研究人員利(li)用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhi)構儀用(yong)于測(ce)定有機水凝(ning)膠的(de)機械性能和(he)抗疲勞性(xing)能等指標。

自供(gong)電壓電(dian)傳感(gan)器能夠有(you)效解決電子(zi)皮膚的供電問(wen)題。然而，制(zhi)造出模量(liang)與人類皮膚(fu)相似(shi)的柔性傳感器(qi)仍然頗具(ju)挑戰(zhàn)性。本文(wen)報道了一種基(ji)于聚(ju)偏氟乙(yi)烯（PVDF）的有(you)機水(shui)凝膠作為(wei)電子皮膚(fu)用壓電傳感器(qi)。聚乙烯(xi)醇（PVA）構成主要網(wǎng)(wang)絡，促進了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的(de)形成，并(bing)確保了(le)有機水凝膠(jiao)傳感(gan)器的壓電性(xing)能。聚丙烯酸（PA）通(tong)過與 PVA 形成(cheng)氫鍵(jian)來增強交聯(lián)(lian)密度和機械(xie)性能，同時(shi)還充當膠凝劑(ji)以減少 PVA 結晶。此(ci)外，有(you)機溶劑(ji)二甲基(ji)亞砜(feng)（DMSO）被引入，為傳感(gan)器賦予抗(kang)凍性能(neng)。該有機(ji)水凝膠在 100 次(ci)壓縮加載 — 卸(xie)載循(xun)環(huán)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的(de)抗疲勞性能。而(er)且，有機(ji)水凝膠壓(ya)電傳感器(qi)有著令人矚目(mu)的約(yue) 8 毫秒(miao)的響應時間(jian)以及(ji) 0-30N的寬(kuan)壓力范(fan)圍。再(zai)者，該壓電有(you)機水凝(ning)膠表(biao)現(xiàn)出出色的抗(kang)凍性能，即便(bian)在低溫下冷凍(dong) 10 天之后(hou)仍能保留(liu)其機械(xie)和壓電特性(xing)?；?yu) PVDF 的有機水(shui)凝膠已被(bei)證實(shi)，在無需(xu)外部電源的情(qing)況下，對于(yu)人體運動檢測(ce)有著重大(da)的應用潛力(li)。

機械性能對(dui)于壓電有機水(shui)凝膠作為傳(chuan)感器在電(dian)子皮(pi)膚中的(de)應用尤(you)為重要。為了(le)研究聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）對有(you)機水凝(ning)膠機械性能(neng)的影響，我們(men)對含有不同(tong)聚丙烯酸含量(liang)的有機水凝膠(jiao)的彈性(xing)性能進行了測(ce)試。在應力-應(ying)變曲(qu)線圖中可以(yi)觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝(ning)膠表現(xiàn)出較低(di)的抗壓能(neng)力，在受到 45% 的壓(ya)縮應變(bian)時就會發(fā)生破(po)裂。相比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更強(qiang)的機械性能(neng)，因為它能夠(gou)承受高達 0.17 Mpa的應(ying)力而不會破(po)裂。隨著PA含量從(cong) 0.2 增加(jia)到 0.5，有機水凝膠(jiao)的壓縮強(qiang)度和模量(liang)也隨(sui)之增加。這種(zhong)性能的改善(shan)歸因于PA中(zhong)羥基所促(cu)成的(de)眾多(duo)氫鍵，這些(xie)羥基(ji)會與PVA中的羥基(ji)發(fā)生物(wu)理交聯(lián)。這些(xie)增強的分子(zi)間相互(hu)作用顯(xian)著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機水凝膠的機(ji)械性能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強度(du)有所下降，這表(biao)明隨(sui)著PA含量進一步(bu)增加，有機水凝(ning)膠的機械性能(neng)出現(xiàn)(xian)了下滑。隨(sui)著PA過量(liang)增加，更多的氫(qing)鍵形成，這會(hui)減少PVA內部(bu)分子間(jian)的氫鍵，進而導(dao)致有機水(shui)凝膠的網(wǎng)絡結(jie)構變得疏松。為(wei)了進一步(bu)探究有(you)機水凝(ning)膠的機械(xie)耐久性，我們對(dui)在應力測(ce)試中表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝膠(jiao)進行了循環(huán)(huan)加載 — 卸載測試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠的(de)機械穩(wěn)定(ding)性和(he)抗疲勞性(xing)能十(shi)分出色，這(zhe)從其經(jīng)(jing)過 100 次循環(huán)(huan)后仍(reng)保持一(yi)致的曲線（疲勞(lao)測試）便(bian)可得(de)到證明。在(zai) 50% 的壓縮應變(bian)下，該(gai)有機水凝膠的(de)應力曲線在經(jīng)(jing)過 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后(hou)僅顯示(shi)出微(wei)小的(de)滯后現(xiàn)象。