近日，杭州電(dian)子科技大學(xué)電(dian)子信(xin)息學(xué)(xue)院研究人員在國(guo)際期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)，影(ying)響因子IF=4.9）發(fā)表了(le)題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論(lun)文中，研究(jiu)人員利用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)用于測定有機(ji)水凝膠的機(ji)械性(xing)能和(he)抗疲勞性能(neng)等指標(biāo)。

自供電壓電(dian)傳感(gan)器能夠有效(xiao)解決電子皮(pi)膚的供電(dian)問題。然而(er)，制造出模量(liang)與人類皮膚(fu)相似的柔性(xing)傳感器仍然(ran)頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本(ben)文報道了一種(zhong)基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的(de)有機水凝膠作(zuo)為電子皮(pi)膚用壓(ya)電傳感器。聚(ju)乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要(yao)網(wǎng)絡(luò)，促進(jin)了 PVDF 中電活(huo)性 β 相的形成，并(bing)確保了(le)有機(ji)水凝膠傳(chuan)感器的壓電性(xing)能。聚丙烯(xi)酸（PA）通過(guo)與 PVA 形成氫(qing)鍵來(lai)增強交聯(lián)密度(du)和機(ji)械性能，同時(shi)還充(chong)當(dāng)膠凝(ning)劑以減(jian)少 PVA 結(jié)(jie)晶。此外，有(you)機溶劑(ji)二甲基亞砜(feng)（DMSO）被引入，為傳感(gan)器賦予抗凍(dong)性能(neng)。該有(you)機水凝膠在 100 次(ci)壓縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的抗疲(pi)勞性(xing)能。而且，有機(ji)水凝膠(jiao)壓電傳感器有(you)著令人矚目的(de)約 8 毫(hao)秒的響應(yīng)時間(jian)以及 0-30N的寬壓力(li)范圍(wei)。再者，該(gai)壓電有機水(shui)凝膠表現(xiàn)出出(chu)色的(de)抗凍性能，即便(bian)在低溫下冷凍(dong) 10 天之后仍能(neng)保留(liu)其機械(xie)和壓(ya)電特性?；?PVDF 的(de)有機(ji)水凝(ning)膠已(yi)被證實(shi)，在無需外部電(dian)源的情(qing)況下(xia)，對于人(ren)體運(yun)動檢測有著重(zhong)大的應(yīng)用潛力(li)。

機械性(xing)能對(dui)于壓電有(you)機水(shui)凝膠作為傳(chuan)感器在電子皮(pi)膚中的應(yīng)用(yong)尤為重要。為了(le)研究聚丙(bing)烯酸（PA）對有機(ji)水凝膠機械(xie)性能(neng)的影響，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(xing)性能(neng)進行了(le)測試(shi)。在應(yīng)力(li)-應(yīng)變曲(qu)線圖(tu)中可(ke)以觀(guan)察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝(ning)膠表(biao)現(xiàn)出較低(di)的抗壓能力(li)，在受到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)(ying)變時就會(hui)發(fā)生破裂(lie)。相比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強的機械(xie)性能(neng)，因為它能(neng)夠承(cheng)受高達(da) 0.17 Mpa的應(yīng)(ying)力而不會破裂(lie)。隨著PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有機水(shui)凝膠(jiao)的壓縮強(qiang)度和模(mo)量也隨(sui)之增加。這種(zhong)性能的(de)改善歸因于PA中(zhong)羥基所促成的(de)眾多(duo)氫鍵，這些羥基(ji)會與PVA中的羥基(ji)發(fā)生(sheng)物理交聯(lián)。這(zhe)些增強的分(fen)子間相互作用(yong)顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝膠(jiao)的機械(xie)性能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強度有(you)所下(xia)降，這表(biao)明隨(sui)著PA含量進一(yi)步增加，有機水(shui)凝膠的機械性(xing)能出(chu)現(xiàn)了下滑(hua)。隨著(zhe)PA過量(liang)增加，更(geng)多的氫鍵形成(cheng)，這會減少PVA內(nèi)(nei)部分子間的氫(qing)鍵，進而導(dǎo)致(zhi)有機水凝(ning)膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變得(de)疏松。為(wei)了進(jin)一步探究有機(ji)水凝膠的(de)機械耐久性，我(wo)們對在(zai)應(yīng)力測試中(zhong)表現(xiàn)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝膠進行(xing)了循環(huán)加載(zai) — 卸載(zai)測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝(ning)膠的機械穩(wěn)定(ding)性和抗疲勞性(xing)能十(shi)分出色，這從(cong)其經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)后仍保持(chi)一致的曲線(xian)（疲勞測試）便(bian)可得到證明(ming)。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變下(xia)，該有機水凝膠(jiao)的應(yīng)(ying)力曲(qu)線在(zai)經(jīng)過(guo) 100 次壓(ya)縮加載(zai) — 卸載(zai)循環(huán)后(hou)僅顯示(shi)出微(wei)小的滯后(hou)現(xiàn)象。