近日，杭(hang)州電(dian)子科技大學(xue)電子(zi)信息學院研究(jiu)人員(yuan)在國(guo)際期刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院二區(qū)，影(ying)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(xing)論文。在該論(lun)文中，研究(jiu)人員利用上海(hai)騰拔Universal TA質構儀用(yong)于測定有機水(shui)凝膠(jiao)的機(ji)械性(xing)能和抗(kang)疲勞性能等(deng)指標。

自供(gong)電壓電(dian)傳感器能夠(gou)有效解決電(dian)子皮(pi)膚的(de)供電問題。然而(er)，制造出模(mo)量與人類皮膚(fu)相似(shi)的柔性傳感(gan)器仍然(ran)頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本(ben)文報道了一(yi)種基于(yu)聚偏氟乙(yi)烯（PVDF）的(de)有機水凝膠(jiao)作為電子皮(pi)膚用壓電(dian)傳感器。聚(ju)乙烯醇(chun)（PVA）構成主要(yao)網(wǎng)絡，促(cu)進了(le) PVDF 中電活性(xing) β 相的形成，并(bing)確保了(le)有機水凝膠(jiao)傳感器的(de)壓電性能。聚丙(bing)烯酸（PA）通(tong)過與(yu) PVA 形成氫鍵(jian)來增強交(jiao)聯(lián)密度(du)和機械性(xing)能，同時還充(chong)當膠凝(ning)劑以減少(shao) PVA 結晶。此外，有(you)機溶劑二(er)甲基亞砜(feng)（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器賦予抗(kang)凍性能。該有機(ji)水凝(ning)膠在(zai) 100 次壓縮加載(zai) — 卸載(zai)循環(huán)(huan)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的(de)抗疲勞(lao)性能。而且，有(you)機水凝(ning)膠壓電傳感器(qi)有著令人(ren)矚目的約 8 毫秒(miao)的響應時(shi)間以(yi)及 0-30N的寬壓力范(fan)圍。再(zai)者，該壓電有(you)機水凝(ning)膠表現(xiàn)出出色(se)的抗凍性能(neng)，即便在低溫(wen)下冷凍 10 天之后(hou)仍能保(bao)留其(qi)機械(xie)和壓電特(te)性?；?yu) PVDF 的有(you)機水(shui)凝膠已被證實(shi)，在無(wu)需外部電源的(de)情況下，對于(yu)人體運動(dong)檢測有著(zhe)重大的(de)應用潛(qian)力。

機械性能(neng)對于壓(ya)電有機水(shui)凝膠作為傳感(gan)器在電子(zi)皮膚中的應(ying)用尤為重要。為(wei)了研究聚丙烯(xi)酸（PA）對(dui)有機(ji)水凝膠機械(xie)性能的影(ying)響，我們(men)對含有不(bu)同聚丙烯(xi)酸含量的有機(ji)水凝膠(jiao)的彈性性(xing)能進(jin)行了(le)測試(shi)。在應力-應(ying)變曲(qu)線圖中可(ke)以觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝膠表(biao)現(xiàn)出較低的(de)抗壓(ya)能力，在受(shou)到 45% 的壓縮(suo)應變(bian)時就會發(fā)生(sheng)破裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了(le)更強的(de)機械(xie)性能，因為(wei)它能夠承受高(gao)達 0.17 Mpa的(de)應力而不會(hui)破裂。隨著(zhe)PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有(you)機水凝(ning)膠的(de)壓縮強度和(he)模量也隨(sui)之增加。這(zhe)種性能的(de)改善歸因于PA中(zhong)羥基所促(cu)成的(de)眾多氫鍵，這些(xie)羥基會(hui)與PVA中的(de)羥基發(fā)生(sheng)物理交(jiao)聯(lián)。這(zhe)些增強的分子(zi)間相互(hu)作用(yong)顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝膠(jiao)的機(ji)械性能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiang)度有(you)所下降，這表明(ming)隨著(zhe)PA含量進一(yi)步增加(jia)，有機水凝膠(jiao)的機械性能出(chu)現(xiàn)了(le)下滑。隨(sui)著PA過量(liang)增加，更多的(de)氫鍵形成(cheng)，這會減少(shao)PVA內部分子間(jian)的氫鍵，進(jin)而導致(zhi)有機水(shui)凝膠的網(wǎng)絡(luo)結構變得疏松(song)。為了進一(yi)步探(tan)究有機(ji)水凝膠的機械(xie)耐久(jiu)性，我們對在(zai)應力(li)測試中(zhong)表現(xiàn)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝(ning)膠進行了循環(huán)(huan)加載 — 卸(xie)載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠(jiao)的機械穩(wěn)定(ding)性和抗(kang)疲勞(lao)性能十分出(chu)色，這從其經過(guo) 100 次循(xun)環(huán)后仍(reng)保持一(yi)致的曲線（疲(pi)勞測試）便(bian)可得到(dao)證明。在 50% 的壓(ya)縮應變下，該有(you)機水凝膠的應(ying)力曲線在經過(guo) 100 次壓(ya)縮加載(zai) — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯示出微(wei)小的滯后(hou)現(xiàn)象。