近日，杭州電子(zi)科技(ji)大學(xué)(xue)電子信息學(xué)院(yuan)研究(jiu)人員在(zai)國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)(qu)，影響因子IF=4.9）發(fā)表(biao)了題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論(lun)文中，研究人(ren)員利用上海(hai)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)械性能(neng)和抗疲(pi)勞性能等(deng)指標(biāo)。

自供電壓電傳(chuan)感器能夠有(you)效解決電(dian)子皮膚(fu)的供電問題。然(ran)而，制造(zao)出模量與人(ren)類皮膚相似的(de)柔性傳(chuan)感器(qi)仍然頗具挑戰(zhàn)(zhan)性。本文報道了(le)一種基于聚(ju)偏氟乙(yi)烯（PVDF）的有(you)機(jī)水凝膠(jiao)作為電(dian)子皮膚用(yong)壓電(dian)傳感器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構(gòu)(gou)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進(jìn)了(le) PVDF 中電(dian)活性 β 相的(de)形成，并確保了(le)有機(jī)水凝膠傳(chuan)感器的壓電性(xing)能。聚丙烯(xi)酸（PA）通過與 PVA 形(xing)成氫鍵來增(zeng)強(qiáng)交(jiao)聯(lián)密(mi)度和機(jī)械性(xing)能，同時還(hai)充當(dāng)膠凝劑(ji)以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外(wai)，有機(jī)溶劑二(er)甲基亞(ya)砜（DMSO）被引(yin)入，為傳感(gan)器賦(fu)予抗凍性(xing)能。該有機(jī)水凝(ning)膠在 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)出優(yōu)異(yi)的抗疲勞性能(neng)。而且(qie)，有機(jī)(ji)水凝膠壓電(dian)傳感(gan)器有著令人矚(zhu)目的約 8 毫秒的(de)響應(yīng)(ying)時間以(yi)及 0-30N的寬壓力范(fan)圍。再者，該壓電(dian)有機(jī)水(shui)凝膠表現(xiàn)出(chu)出色的(de)抗凍(dong)性能，即便(bian)在低(di)溫下冷凍(dong) 10 天之(zhi)后仍能(neng)保留(liu)其機(jī)械和壓(ya)電特(te)性?；?PVDF 的有機(jī)(ji)水凝膠已被(bei)證實，在無需(xu)外部電源(yuan)的情(qing)況下，對(dui)于人體運(yùn)動(dong)檢測有著(zhe)重大(da)的應(yīng)(ying)用潛力(li)。

機(jī)械性能對(dui)于壓電(dian)有機(jī)水凝膠(jiao)作為傳感器在(zai)電子皮膚中(zhong)的應(yīng)用(yong)尤為重要(yao)。為了研究聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）對有機(jī)水凝膠(jiao)機(jī)械性能(neng)的影響，我們對(dui)含有(you)不同聚(ju)丙烯酸含量的(de)有機(jī)水凝膠(jiao)的彈性性(xing)能進(jìn)行了(le)測試。在(zai)應(yīng)力-應(yīng)(ying)變曲線圖中可(ke)以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出較低的(de)抗壓能(neng)力，在受(shou)到 45% 的(de)壓縮應(yīng)變時(shi)就會發(fā)(fa)生破裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強(qiáng)的(de)機(jī)械(xie)性能，因為它(ta)能夠承受高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而不會(hui)破裂。隨著(zhe)PA含量從(cong) 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(jī)水凝(ning)膠的壓縮強(qiáng)度(du)和模(mo)量也(ye)隨之增加(jia)。這種性能(neng)的改善歸因于(yu)PA中羥基所促成(cheng)的眾多氫(qing)鍵，這些羥基(ji)會與(yu)PVA中的羥基發(fā)(fa)生物理交聯(lián)。這(zhe)些增(zeng)強(qiáng)的(de)分子間相互作(zuo)用顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)(ji)水凝膠的(de)機(jī)械(xie)性能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiáng)度有(you)所下降，這表(biao)明隨(sui)著PA含量進(jìn)一步(bu)增加，有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械性(xing)能出現(xiàn)(xian)了下滑(hua)。隨著PA過量增加(jia)，更多的氫(qing)鍵形(xing)成，這會減(jian)少PVA內(nèi)(nei)部分子間(jian)的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)(dao)致有機(jī)水凝(ning)膠的網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)變(bian)得疏松(song)。為了進(jìn)一步探(tan)究有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)(ji)械耐久性，我(wo)們對在應(yīng)(ying)力測試中(zhong)表現(xiàn)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠進(jìn)行了(le)循環(huán)加載(zai) — 卸載測試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械穩(wěn)定(ding)性和抗疲勞性(xing)能十分(fen)出色，這(zhe)從其經(jīng)(jing)過 100 次循環(huán)(huan)后仍(reng)保持(chi)一致的曲線(xian)（疲勞測試(shi)）便可(ke)得到證明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)(ying)變下，該有機(jī)(ji)水凝膠的(de)應(yīng)力(li)曲線在(zai)經(jīng)過(guo) 100 次壓縮加載(zai) — 卸載(zai)循環(huán)后僅顯示(shi)出微(wei)小的滯后現(xiàn)(xian)象。