近日(ri)，杭州電子科技(ji)大學(xué)電子信息(xi)學(xué)院研究人員在(zai)國際期刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二區(qū)，影響(xiang)因子IF=4.9）發(fā)表了題(ti)為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論文(wen)中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測定有(you)機水凝膠(jiao)的機械性能(neng)和抗疲勞(lao)性能等(deng)指標(biāo)。

自供電壓電(dian)傳感器能(neng)夠有效解決(jue)電子皮膚(fu)的供電(dian)問題。然而(er)，制造出模量與(yu)人類皮膚(fu)相似的(de)柔性傳感器仍(reng)然頗具挑戰(zhàn)(zhan)性。本(ben)文報道(dao)了一(yi)種基(ji)于聚偏(pian)氟乙烯(xi)（PVDF）的有(you)機水凝膠作(zuo)為電子皮(pi)膚用壓電(dian)傳感器(qi)。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促進(jin)了 PVDF 中(zhong)電活性 β 相的(de)形成(cheng)，并確(que)保了有機水凝(ning)膠傳感(gan)器的壓電性(xing)能。聚丙烯酸（PA）通(tong)過與 PVA 形成(cheng)氫鍵(jian)來增強(qiang)交聯(lián)密(mi)度和機械(xie)性能，同(tong)時還充(chong)當(dāng)膠凝劑(ji)以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機溶劑二甲(jia)基亞砜(feng)（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器賦(fu)予抗(kang)凍性能。該(gai)有機水(shui)凝膠在 100 次壓(ya)縮加載(zai) — 卸載循環(huán)后(hou)展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異的抗(kang)疲勞性能。而(er)且，有機水(shui)凝膠壓電傳(chuan)感器有著令人(ren)矚目的約 8 毫(hao)秒的響(xiang)應(yīng)時間(jian)以及(ji) 0-30N的寬壓(ya)力范(fan)圍。再者(zhe)，該壓電有(you)機水凝(ning)膠表(biao)現(xiàn)出出色的抗(kang)凍性能，即(ji)便在低溫(wen)下冷凍 10 天之后(hou)仍能保留其(qi)機械和(he)壓電特性(xing)。基于 PVDF 的有機水(shui)凝膠已被證實(shi)，在無需外部(bu)電源的(de)情況下，對于人(ren)體運動檢測(ce)有著重大的應(yīng)(ying)用潛力(li)。

機械性能對(dui)于壓(ya)電有機水(shui)凝膠作為傳(chuan)感器(qi)在電子皮(pi)膚中(zhong)的應(yīng)用(yong)尤為重要(yao)。為了研究(jiu)聚丙烯酸(suan)（PA）對有機水凝(ning)膠機械性能的(de)影響，我們對含(han)有不同聚(ju)丙烯酸含量(liang)的有機(ji)水凝膠的(de)彈性(xing)性能進行了(le)測試(shi)。在應(yīng)力-應(yīng)變曲(qu)線圖中可(ke)以觀(guan)察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水(shui)凝膠表現(xiàn)出較(jiao)低的抗壓能力(li)，在受(shou)到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變時(shi)就會發(fā)生破裂(lie)。相比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更(geng)強的機(ji)械性能，因(yin)為它能夠承受(shou)高達(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而不(bu)會破(po)裂。隨(sui)著PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有機(ji)水凝膠(jiao)的壓縮強度(du)和模(mo)量也隨之增(zeng)加。這種性能的(de)改善(shan)歸因于PA中羥(qiang)基所(suo)促成的(de)眾多氫鍵(jian)，這些(xie)羥基(ji)會與PVA中的羥基(ji)發(fā)生(sheng)物理交聯(lián)。這(zhe)些增(zeng)強的分子間相(xiang)互作用顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝(ning)膠的(de)機械(xie)性能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiang)度有所下降，這(zhe)表明隨著(zhe)PA含量進一步(bu)增加，有機(ji)水凝膠的(de)機械(xie)性能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過量增(zeng)加，更(geng)多的氫鍵(jian)形成(cheng)，這會減少PVA內(nèi)部(bu)分子間的氫(qing)鍵，進而導(dǎo)(dao)致有機水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏松。為(wei)了進一步(bu)探究有機水凝(ning)膠的(de)機械耐(nai)久性，我(wo)們對在應(yīng)力測(ce)試中表現(xiàn)(xian)最佳(jia)的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝(ning)膠進行了循環(huán)(huan)加載 — 卸載測試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠的機械穩(wěn)(wen)定性和抗(kang)疲勞性能(neng)十分出色，這從(cong)其經(jīng)過 100 次循環(huán)(huan)后仍保(bao)持一致(zhi)的曲(qu)線（疲勞測試）便(bian)可得(de)到證(zheng)明。在(zai) 50% 的壓縮應(yīng)變(bian)下，該有機水凝(ning)膠的(de)應(yīng)力曲線在經(jīng)(jing)過 100 次(ci)壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯示(shi)出微小的滯后(hou)現(xiàn)象。