近日(ri)，杭州(zhou)電子(zi)科技大(da)學(xué)電子信息(xi)學(xué)院研究人員(yuan)在國際期刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院二(er)區(qū)，影響因(yin)子IF=4.9）發(fā)表了(le)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(gai)論文中(zhong)，研究人員利(li)用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測定有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)(ji)械性(xing)能和抗疲勞(lao)性能等(deng)指標(biāo)。

自供電壓電(dian)傳感器(qi)能夠有效解決(jue)電子皮(pi)膚的供電問(wen)題。然而，制(zhi)造出模(mo)量與人類皮膚(fu)相似的柔性傳(chuan)感器仍然頗具(ju)挑戰(zhàn)性。本文(wen)報道了一(yi)種基于聚偏(pian)氟乙烯（PVDF）的(de)有機(jī)水凝(ning)膠作為(wei)電子皮膚用壓(ya)電傳感器(qi)。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促(cu)進(jìn)了 PVDF 中電(dian)活性(xing) β 相的形(xing)成，并確保了(le)有機(jī)(ji)水凝膠傳感器(qi)的壓(ya)電性能。聚丙(bing)烯酸（PA）通過與(yu) PVA 形成(cheng)氫鍵來(lai)增強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度(du)和機(jī)(ji)械性能，同(tong)時還充當(dāng)膠(jiao)凝劑以減少 PVA 結(jié)(jie)晶。此外(wai)，有機(jī)溶劑二(er)甲基(ji)亞砜（DMSO）被引(yin)入，為傳感器賦(fu)予抗凍性能。該(gai)有機(jī)水凝膠(jiao)在 100 次(ci)壓縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出優(yōu)異的(de)抗疲勞性能。而(er)且，有機(jī)水凝膠(jiao)壓電傳感器有(you)著令人(ren)矚目的約 8 毫秒(miao)的響(xiang)應(yīng)時間(jian)以及 0-30N的(de)寬壓力(li)范圍。再者，該壓(ya)電有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出出(chu)色的抗凍性(xing)能，即便在低溫(wen)下冷凍 10 天之(zhi)后仍能保留(liu)其機(jī)械和(he)壓電特性?；?yu) PVDF 的有機(jī)水凝膠(jiao)已被(bei)證實(shí)，在無需(xu)外部電源(yuan)的情況下，對(dui)于人體運(yùn)動(dong)檢測有著重大(da)的應(yīng)用潛力(li)。

機(jī)械性能(neng)對于壓電有(you)機(jī)水凝膠作(zuo)為傳感器在電(dian)子皮膚中的(de)應(yīng)用尤為(wei)重要(yao)。為了研究聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）對有機(jī)水凝(ning)膠機(jī)械(xie)性能的影(ying)響，我(wo)們對含有不(bu)同聚丙烯(xi)酸含量的有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的彈性性(xing)能進(jìn)行(xing)了測試。在(zai)應(yīng)力(li)-應(yīng)變曲線圖(tu)中可以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)表現(xiàn)出較低的(de)抗壓能力，在(zai)受到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)(ying)變時(shi)就會發(fā)生(sheng)破裂。相比(bi)之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更強(qiáng)的(de)機(jī)械性(xing)能，因?yàn)樗?ta)能夠承受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)力而不(bu)會破裂。隨著(zhe)PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有機(jī)(ji)水凝膠的壓(ya)縮強(qiáng)(qiang)度和模量也(ye)隨之增加(jia)。這種性(xing)能的改善歸因(yin)于PA中羥(qiang)基所促成(cheng)的眾(zhong)多氫鍵(jian)，這些(xie)羥基(ji)會與PVA中的羥(qiang)基發(fā)生物理交(jiao)聯(lián)。這些增強(qiáng)(qiang)的分子(zi)間相互作用(yong)顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)的機(jī)(ji)械性(xing)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(suo)下降，這(zhe)表明隨著PA含(han)量進(jìn)一(yi)步增加，有機(jī)(ji)水凝膠的(de)機(jī)械性能(neng)出現(xiàn)了下滑(hua)。隨著PA過(guo)量增加，更多的(de)氫鍵(jian)形成，這會減少(shao)PVA內(nèi)部分子間的(de)氫鍵，進(jìn)而導(dǎo)(dao)致有機(jī)(ji)水凝膠的網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)變(bian)得疏松。為(wei)了進(jìn)一步探究(jiu)有機(jī)(ji)水凝膠的(de)機(jī)械耐久(jiu)性，我們對(dui)在應(yīng)(ying)力測試(shi)中表現(xiàn)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝膠進(jìn)行(xing)了循(xun)環(huán)加(jia)載 — 卸(xie)載測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械穩(wěn)(wen)定性和抗(kang)疲勞性(xing)能十(shi)分出色，這從(cong)其經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)后(hou)仍保持一致(zhi)的曲線（疲勞(lao)測試）便可(ke)得到證明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變下(xia)，該有機(jī)水凝(ning)膠的應(yīng)力(li)曲線在經(jīng)(jing)過 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循(xun)環(huán)后僅顯(xian)示出微(wei)小的滯后(hou)現(xiàn)象。