近日，杭州(zhou)電子科技大學(xué)(xue)電子信息學(xué)(xue)院研究(jiu)人員在國(guó)際(ji)期刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)，影響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性(xing)論文(wen)。在該論文中，研(yan)究人(ren)員利用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用(yong)于測(cè)定有(you)機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械性能(neng)和抗疲勞性(xing)能等指(zhi)標(biāo)。

自供(gong)電壓電傳感器(qi)能夠有效解(jie)決電(dian)子皮(pi)膚的供電問(wèn)(wen)題。然而，制造出(chu)模量(liang)與人類皮膚相(xiang)似的(de)柔性傳感器仍(reng)然頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本文報(bào)道(dao)了一(yi)種基于聚(ju)偏氟乙烯（PVDF）的有(you)機(jī)水凝膠作為(wei)電子皮膚用(yong)壓電(dian)傳感器(qi)。聚乙烯醇（PVA）構(gòu)(gou)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)(jin)了 PVDF 中電活性(xing) β 相的形成，并(bing)確保了有機(jī)(ji)水凝膠傳感器(qi)的壓(ya)電性(xing)能。聚丙(bing)烯酸（PA）通(tong)過(guò)與 PVA 形成氫鍵(jian)來(lái)增強(qiáng)(qiang)交聯(lián)密度和(he)機(jī)械性能(neng)，同時(shí)還充當(dāng)膠(jiao)凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機(jī)溶(rong)劑二甲基(ji)亞砜（DMSO）被引(yin)入，為(wei)傳感器賦予(yu)抗凍性能(neng)。該有(you)機(jī)水凝(ning)膠在(zai) 100 次壓縮加載(zai) — 卸載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異(yi)的抗(kang)疲勞性(xing)能。而(er)且，有機(jī)水凝膠(jiao)壓電傳感(gan)器有著(zhe)令人矚目的約(yue) 8 毫秒的響應(yīng)(ying)時(shí)間以及(ji) 0-30N的寬(kuan)壓力(li)范圍(wei)。再者，該壓電(dian)有機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出出(chu)色的抗凍性(xing)能，即(ji)便在低溫下冷(leng)凍 10 天(tian)之后(hou)仍能保留其(qi)機(jī)械和(he)壓電特(te)性。基于 PVDF 的有(you)機(jī)水凝膠已被(bei)證實(shí)(shi)，在無(wú)需外(wai)部電(dian)源的情況(kuang)下，對(duì)于(yu)人體運(yùn)(yun)動(dòng)檢(jian)測(cè)有著(zhe)重大(da)的應(yīng)用(yong)潛力。

機(jī)械(xie)性能(neng)對(duì)于(yu)壓電有(you)機(jī)水凝(ning)膠作為傳(chuan)感器在電(dian)子皮膚(fu)中的應(yīng)(ying)用尤為重要(yao)。為了(le)研究聚丙烯(xi)酸（PA）對(duì)有機(jī)水(shui)凝膠機(jī)械(xie)性能的影響(xiang)，我們(men)對(duì)含有不同聚(ju)丙烯酸含量(liang)的有機(jī)水凝膠(jiao)的彈(dan)性性能進(jìn)行(xing)了測(cè)試。在(zai)應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線(xian)圖中(zhong)可以觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出較(jiao)低的抗(kang)壓能力，在(zai)受到(dao) 45% 的壓(ya)縮應(yīng)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)出了更強(qiáng)(qiang)的機(jī)械(xie)性能，因?yàn)樗?neng)夠承(cheng)受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的(de)應(yīng)力而不會(huì)(hui)破裂。隨著(zhe)PA含量(liang)從 0.2 增加到 0.5，有機(jī)(ji)水凝膠的壓(ya)縮強(qiáng)度(du)和模(mo)量也隨之增(zeng)加。這種性(xing)能的改善(shan)歸因于PA中羥基(ji)所促成的眾(zhong)多氫鍵，這些(xie)羥基會(huì)與PVA中(zhong)的羥(qiang)基發(fā)生(sheng)物理交聯(lián)(lian)。這些增強(qiáng)的(de)分子間相(xiang)互作用顯著地(di)改善(shan)了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)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(qiáng)(qiang)度有所下降，這(zhe)表明隨著PA含量(liang)進(jìn)一步增(zeng)加，有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)的機(jī)械性能出(chu)現(xiàn)了下滑(hua)。隨著PA過(guò)量增(zeng)加，更多(duo)的氫(qing)鍵形(xing)成，這會(huì)減少(shao)PVA內(nèi)部分子間的(de)氫鍵，進(jìn)而(er)導(dǎo)致有機(jī)水凝(ning)膠的網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)變得疏(shu)松。為(wei)了進(jìn)一步探究(jiu)有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)(ji)械耐久性(xing)，我們對(duì)在應(yīng)(ying)力測(cè)(ce)試中表現(xiàn)最佳(jia)的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠進(jìn)(jin)行了循環(huán)加載(zai) — 卸載測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械穩(wěn)定(ding)性和抗疲勞(lao)性能(neng)十分出色(se)，這從其經(jīng)過(guò) 100 次(ci)循環(huán)后仍保持(chi)一致的曲線（疲(pi)勞測(cè)試）便可(ke)得到(dao)證明。在(zai) 50% 的壓(ya)縮應(yīng)變下，該有(you)機(jī)水凝膠的(de)應(yīng)力曲(qu)線在經(jīng)過(guò) 100 次壓(ya)縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)后僅顯(xian)示出(chu)微小的滯(zhi)后現(xiàn)象。