近日，杭州電子(zi)科技大學電子(zi)信息學院(yuan)研究人員(yuan)在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院二區(qū)(qu)，影響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題為"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，研究人(ren)員利用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構儀(yi)用于測定有(you)機水凝膠的(de)機械性(xing)能和抗疲(pi)勞性能(neng)等指標。

自供電壓電(dian)傳感器能(neng)夠有效解(jie)決電子(zi)皮膚的供電問(wen)題。然而，制造出(chu)模量與人類皮(pi)膚相似的柔(rou)性傳感器仍然(ran)頗具(ju)挑戰(zhàn)(zhan)性。本文報道了(le)一種(zhong)基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機水(shui)凝膠作為(wei)電子(zi)皮膚用(yong)壓電傳感(gan)器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構成(cheng)主要網(wǎng)(wang)絡，促(cu)進了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的(de)形成，并確保了(le)有機水凝膠(jiao)傳感器(qi)的壓電(dian)性能。聚丙烯(xi)酸（PA）通過(guo)與 PVA 形成(cheng)氫鍵(jian)來增(zeng)強交聯(lián)密(mi)度和機械性(xing)能，同(tong)時還充當(dang)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)(jie)晶。此外(wai)，有機溶(rong)劑二甲基(ji)亞砜（DMSO）被引入(ru)，為傳感器賦予(yu)抗凍性能(neng)。該有機(ji)水凝(ning)膠在 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出優(yōu)異(yi)的抗疲(pi)勞性能(neng)。而且，有機(ji)水凝膠(jiao)壓電傳感(gan)器有著令人(ren)矚目的約 8 毫(hao)秒的響應時(shi)間以及 0-30N的寬(kuan)壓力范圍(wei)。再者，該壓電有(you)機水凝膠(jiao)表現(xiàn)出出色的(de)抗凍性能(neng)，即便在低溫下(xia)冷凍 10 天之(zhi)后仍能保留(liu)其機械(xie)和壓電(dian)特性?；?PVDF 的有(you)機水(shui)凝膠已(yi)被證實，在無需(xu)外部電(dian)源的情況(kuang)下，對(dui)于人(ren)體運動檢(jian)測有著(zhe)重大的應(ying)用潛力(li)。

機械性能對(dui)于壓電有(you)機水凝膠作為(wei)傳感器在(zai)電子皮膚中的(de)應用尤為(wei)重要。為了研究(jiu)聚丙烯酸（PA）對有(you)機水凝膠機(ji)械性能(neng)的影響，我(wo)們對含有(you)不同聚丙(bing)烯酸含量的有(you)機水凝膠(jiao)的彈性性能進(jin)行了測試。在應(ying)力-應變曲線圖(tu)中可(ke)以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝膠表(biao)現(xiàn)出較低的抗(kang)壓能力，在受(shou)到 45% 的壓縮(suo)應變時就會發(fā)(fa)生破(po)裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更(geng)強的機(ji)械性能(neng)，因為它能夠承(cheng)受高達 0.17 Mpa的(de)應力而不會(hui)破裂(lie)。隨著PA含量從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有(you)機水(shui)凝膠的壓(ya)縮強度和(he)模量也隨(sui)之增(zeng)加。這(zhe)種性(xing)能的改善(shan)歸因于PA中羥(qiang)基所促(cu)成的眾多(duo)氫鍵，這些羥(qiang)基會(hui)與PVA中(zhong)的羥(qiang)基發(fā)生物理(li)交聯(lián)(lian)。這些增強的(de)分子間(jian)相互作用顯著(zhu)地改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝(ning)膠的機(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)度有所下(xia)降，這(zhe)表明隨著PA含量(liang)進一(yi)步增(zeng)加，有機(ji)水凝膠的機械(xie)性能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過量(liang)增加，更多(duo)的氫鍵形成(cheng)，這會減少PVA內(nèi)部(bu)分子間的氫鍵(jian)，進而導致有(you)機水凝膠(jiao)的網(wǎng)(wang)絡結(jié)構變得疏(shu)松。為了(le)進一(yi)步探究有機水(shui)凝膠的機械耐(nai)久性，我們對(dui)在應(ying)力測試中(zhong)表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠進(jin)行了循(xun)環(huán)加載 — 卸載(zai)測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠的(de)機械穩(wěn)定(ding)性和抗(kang)疲勞性(xing)能十分出色，這(zhe)從其經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)(huan)后仍(reng)保持(chi)一致的曲線（疲(pi)勞測試）便可得(de)到證(zheng)明。在(zai) 50% 的壓縮應(ying)變下，該有機水(shui)凝膠(jiao)的應力曲線(xian)在經(jīng)過(guo) 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載循(xun)環(huán)后僅顯(xian)示出微小的滯(zhi)后現(xiàn)象(xiang)。