近日，杭州電子(zi)科技大(da)學(xué)電(dian)子信息學(xué)院研究人(ren)員在國(guo)際期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)，影響(xiang)因子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(jiu)性論文。在該論文中(zhong)，研究人員(yuan)利用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測定有機(jī)水(shui)凝膠的(de)機(jī)械性能和抗(kang)疲勞性(xing)能等(deng)指標(biāo)(biao)。

自供電(dian)壓電傳感器能(neng)夠有效解(jie)決電子皮(pi)膚的供(gong)電問題(ti)。然而，制(zhi)造出模量與人(ren)類皮膚相似(shi)的柔(rou)性傳感器仍(reng)然頗(po)具挑(tiao)戰(zhàn)性。本文報(bào)道(dao)了一(yi)種基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機(jī)(ji)水凝膠作(zuo)為電子皮膚用(yong)壓電傳(chuan)感器。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)了 PVDF 中(zhong)電活性 β 相(xiang)的形成，并確保(bao)了有(you)機(jī)水凝(ning)膠傳(chuan)感器(qi)的壓電性(xing)能。聚(ju)丙烯(xi)酸（PA）通過與(yu) PVA 形成氫鍵(jian)來增強(qiáng)(qiang)交聯(lián)密(mi)度和機(jī)(ji)械性(xing)能，同時(shí)還充(chong)當(dāng)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機(jī)溶(rong)劑二(er)甲基亞(ya)砜（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器賦予抗凍(dong)性能。該有機(jī)水(shui)凝膠在 100 次壓(ya)縮加載(zai) — 卸載循(xun)環(huán)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異(yi)的抗(kang)疲勞性能。而(er)且，有(you)機(jī)水凝膠壓電(dian)傳感器有著(zhe)令人(ren)矚目的約 8 毫秒(miao)的響應(yīng)(ying)時(shí)間(jian)以及(ji) 0-30N的寬壓力范圍(wei)。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(di)溫下冷凍 10 天(tian)之后仍能保(bao)留其機(jī)械和(he)壓電特(te)性?；?PVDF 的有(you)機(jī)水凝膠已(yi)被證實(shí)(shi)，在無(wu)需外部電源(yuan)的情況下(xia)，對于人體運(yùn)動(dong)檢測有著(zhe)重大的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械性(xing)能對于壓(ya)電有機(jī)水凝(ning)膠作為(wei)傳感器在電子(zi)皮膚中的應(yīng)(ying)用尤(you)為重要。為了研(yan)究聚丙烯酸(suan)（PA）對有機(jī)(ji)水凝膠機(jī)械性(xing)能的影響，我們(men)對含有(you)不同聚丙烯酸(suan)含量的(de)有機(jī)水凝(ning)膠的彈性性(xing)能進(jìn)行(xing)了測試。在(zai)應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線圖(tu)中可以觀(guan)察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)(xian)出較(jiao)低的抗壓(ya)能力，在(zai)受到 45% 的壓縮(suo)應(yīng)變時(shí)就會發(fā)(fa)生破裂(lie)。相比(bi)之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了(le)更強(qiáng)的(de)機(jī)械性能，因?yàn)?wei)它能夠承受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)力而(er)不會破裂。隨(sui)著PA含量(liang)從 0.2 增加到 0.5，有(you)機(jī)水凝膠的(de)壓縮強(qiáng)度和(he)模量也隨之增(zeng)加。這種性(xing)能的改善歸因(yin)于PA中羥基所促(cu)成的眾多氫鍵(jian)，這些羥基會與(yu)PVA中的羥基發(fā)生(sheng)物理交聯(lián)。這些(xie)增強(qiáng)的(de)分子間(jian)相互作用顯著(zhu)地改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝(ning)膠的機(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(ya)強(qiáng)度有(you)所下(xia)降，這表(biao)明隨(sui)著PA含量進(jìn)一(yi)步增加，有(you)機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械(xie)性能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨(sui)著PA過量增加(jia)，更多的氫鍵(jian)形成(cheng)，這會減少PVA內(nèi)部(bu)分子(zi)間的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)致(zhi)有機(jī)水(shui)凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏松。為了(le)進(jìn)一步探究(jiu)有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械耐久性(xing)，我們對在應(yīng)(ying)力測試(shi)中表現(xiàn)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠進(jìn)(jin)行了循環(huán)加載(zai) — 卸載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械穩(wěn)(wen)定性和抗疲勞(lao)性能十分(fen)出色，這(zhe)從其經(jīng)過 100 次循(xun)環(huán)后仍保持(chi)一致的曲(qu)線（疲勞(lao)測試(shi)）便可得到證明(ming)。在 50% 的壓縮應(yīng)變(bian)下，該有機(jī)水凝(ning)膠的(de)應(yīng)力曲(qu)線在經(jīng)過(guo) 100 次壓(ya)縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)后(hou)僅顯示出微(wei)小的滯后(hou)現(xiàn)象。