近日，杭(hang)州電子(zi)科技大學(xué)電子(zi)信息學(xué)院(yuan)研究人(ren)員在(zai)國(guó)際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院二(er)區(qū)，影響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了(le)題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研(yan)究性論文。在該論文(wen)中，研究(jiu)人員利用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測(cè)定有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(ji)械性能(neng)和抗疲勞(lao)性能(neng)等指標(biāo)。

自供電(dian)壓電傳感(gan)器能夠有效解(jie)決電(dian)子皮膚(fu)的供(gong)電問(wèn)題。然(ran)而，制(zhi)造出模(mo)量與人類(lèi)(lei)皮膚相(xiang)似的(de)柔性(xing)傳感器仍然(ran)頗具(ju)挑戰(zhàn)性。本(ben)文報(bào)道了一(yi)種基(ji)于聚偏氟乙(yi)烯（PVDF）的(de)有機(jī)水凝(ning)膠作(zuo)為電子皮膚用(yong)壓電傳感(gan)器。聚乙(yi)烯醇（PVA）構(gòu)成主要(yao)網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)(jin)了 PVDF 中電活性(xing) β 相的形成(cheng)，并確(que)保了有機(jī)(ji)水凝膠傳(chuan)感器的壓電(dian)性能。聚(ju)丙烯酸（PA）通(tong)過(guò)與 PVA 形成氫(qing)鍵來(lái)增強(qiáng)交(jiao)聯(lián)密度和機(jī)(ji)械性(xing)能，同(tong)時(shí)還充(chong)當(dāng)膠凝劑以(yi)減少 PVA 結(jié)晶。此外(wai)，有機(jī)溶(rong)劑二甲基(ji)亞砜（DMSO）被引(yin)入，為傳感器(qi)賦予抗凍性能(neng)。該有(you)機(jī)水凝膠在 100 次(ci)壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的(de)抗疲勞性能。而(er)且，有機(jī)水凝(ning)膠壓電傳感(gan)器有(you)著令人矚(zhu)目的約 8 毫秒(miao)的響應(yīng)時(shí)間(jian)以及 0-30N的寬壓(ya)力范(fan)圍。再者(zhe)，該壓電有機(jī)(ji)水凝膠表現(xiàn)(xian)出出色(se)的抗(kang)凍性能，即便在(zai)低溫下(xia)冷凍 10 天之(zhi)后仍能保(bao)留其機(jī)(ji)械和壓(ya)電特性?；?yu) PVDF 的有(you)機(jī)水凝膠已(yi)被證實(shí)，在無(wú)需(xu)外部電源的情(qing)況下，對(duì)于人(ren)體運(yùn)動(dòng)檢(jian)測(cè)有著重大的(de)應(yīng)用潛力。

機(jī)械性能對(duì)于(yu)壓電有(you)機(jī)水(shui)凝膠(jiao)作為(wei)傳感器在電(dian)子皮膚中的應(yīng)(ying)用尤為重要(yao)。為了研究聚丙(bing)烯酸（PA）對(duì)有(you)機(jī)水(shui)凝膠(jiao)機(jī)械性能的(de)影響(xiang)，我們對(duì)含(han)有不同聚丙烯(xi)酸含量的有(you)機(jī)水凝膠的(de)彈性性能進(jìn)(jin)行了(le)測(cè)試。在應(yīng)(ying)力-應(yīng)(ying)變曲線圖中(zhong)可以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)(ji)水凝膠表(biao)現(xiàn)出較低的抗(kang)壓能(neng)力，在(zai)受到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變時(shí)就(jiu)會(huì)發(fā)生破裂(lie)。相比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更強(qiáng)(qiang)的機(jī)械性能(neng)，因?yàn)樗軌虺?cheng)受高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力(li)而不會(huì)破裂(lie)。隨著PA含量(liang)從 0.2 增加到 0.5，有機(jī)(ji)水凝膠的(de)壓縮強(qiáng)(qiang)度和(he)模量也(ye)隨之增加。這種(zhong)性能的(de)改善歸因于(yu)PA中羥(qiang)基所促(cu)成的眾多(duo)氫鍵，這些羥(qiang)基會(huì)與PVA中的羥(qiang)基發(fā)生物理(li)交聯(lián)(lian)。這些增強(qiáng)的分(fen)子間相(xiang)互作用顯著地(di)改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)。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(you)所下降，這表明(ming)隨著PA含量進(jìn)一(yi)步增加，有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(ji)械性能出現(xiàn)(xian)了下滑(hua)。隨著PA過(guò)(guo)量增加，更多(duo)的氫鍵形成，這(zhe)會(huì)減少PVA內(nèi)部分(fen)子間的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)致有機(jī)水(shui)凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變得疏松(song)。為了進(jìn)一步(bu)探究(jiu)有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械耐(nai)久性(xing)，我們(men)對(duì)在應(yīng)(ying)力測(cè)試中表(biao)現(xiàn)最(zui)佳的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)(ji)水凝膠的機(jī)械(xie)穩(wěn)定性(xing)和抗疲勞性(xing)能十分出(chu)色，這從其(qi)經(jīng)過(guò) 100 次循(xun)環(huán)后仍(reng)保持一(yi)致的曲線（疲勞(lao)測(cè)試）便可(ke)得到(dao)證明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)(ying)變下，該有(you)機(jī)水凝(ning)膠的(de)應(yīng)力曲線(xian)在經(jīng)過(guò) 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載(zai)循環(huán)(huan)后僅顯(xian)示出微小(xiao)的滯后現(xiàn)(xian)象。