近日，杭州電子(zi)科技大學(xué)(xue)電子信息學(xué)(xue)院研究人(ren)員在國(guo)際期刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二(er)區(qū)，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"的研究性論(lun)文。在該論(lun)文中，研(yan)究人員利用(yong)上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于(yu)測定有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械性能和抗(kang)疲勞(lao)性能等指標(biāo)(biao)。

自供電壓(ya)電傳感器能夠(gou)有效解決電(dian)子皮膚的(de)供電問(wen)題。然而，制(zhi)造出(chu)模量與(yu)人類皮(pi)膚相(xiang)似的(de)柔性傳感器仍(reng)然頗具挑(tiao)戰(zhàn)性(xing)。本文報(bào)道了一(yi)種基于聚偏(pian)氟乙烯（PVDF）的有機(jī)(ji)水凝膠作為(wei)電子(zi)皮膚用壓電(dian)傳感(gan)器。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)成主要(yao)網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)了 PVDF 中(zhong)電活性 β 相的形(xing)成，并確保了(le)有機(jī)水凝膠傳(chuan)感器的壓電性(xing)能。聚丙(bing)烯酸（PA）通過(guo)與 PVA 形成氫鍵(jian)來增(zeng)強(qiáng)交聯(lián)密(mi)度和機(jī)械性(xing)能，同時(shí)還(hai)充當(dāng)膠(jiao)凝劑以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此(ci)外，有機(jī)(ji)溶劑(ji)二甲基亞砜(feng)（DMSO）被引(yin)入，為傳感器賦(fu)予抗(kang)凍性能。該有(you)機(jī)水凝(ning)膠在(zai) 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載循(xun)環(huán)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的抗(kang)疲勞性能。而且(qie)，有機(jī)水凝膠(jiao)壓電(dian)傳感器有(you)著令人(ren)矚目(mu)的約 8 毫秒(miao)的響應(yīng)時(shí)(shi)間以及 0-30N的寬壓(ya)力范圍(wei)。再者，該壓(ya)電有機(jī)水(shui)凝膠表(biao)現(xiàn)出出色的(de)抗凍性(xing)能，即便在低(di)溫下冷凍 10 天(tian)之后仍能保(bao)留其(qi)機(jī)械和(he)壓電特性(xing)。基于 PVDF 的有(you)機(jī)水凝膠已被(bei)證實(shí)，在(zai)無需外部(bu)電源的情況下(xia)，對(duì)于人體運(yùn)(yun)動(dòng)檢測有著重(zhong)大的應(yīng)用(yong)潛力。

機(jī)械性能(neng)對(duì)于壓電有(you)機(jī)水凝膠(jiao)作為傳感(gan)器在電(dian)子皮膚中的應(yīng)(ying)用尤為重(zhong)要。為了(le)研究聚丙(bing)烯酸(suan)（PA）對(duì)有機(jī)(ji)水凝(ning)膠機(jī)械性(xing)能的影響(xiang)，我們對(duì)含有(you)不同聚(ju)丙烯酸含量的(de)有機(jī)水凝(ning)膠的(de)彈性性能(neng)進(jìn)行了測試(shi)。在應(yīng)力-應(yīng)變曲(qu)線圖中可以觀(guan)察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出較低的抗(kang)壓能力，在受(shou)到 45% 的壓縮應(yīng)(ying)變時(shí)(shi)就會(huì)發(fā)生(sheng)破裂。相比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更(geng)強(qiáng)的機(jī)械(xie)性能，因?yàn)?wei)它能夠承受(shou)高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)(ying)力而(er)不會(huì)破裂。隨著(zhe)PA含量從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有機(jī)(ji)水凝(ning)膠的壓縮強(qiáng)(qiang)度和模量也隨(sui)之增(zeng)加。這種性(xing)能的改善(shan)歸因于PA中羥(qiang)基所(suo)促成(cheng)的眾(zhong)多氫鍵(jian)，這些羥基會(huì)與(yu)PVA中的羥基發(fā)(fa)生物理交聯(lián)。這(zhe)些增強(qiáng)(qiang)的分子間相互(hu)作用顯著地(di)改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiáng)度(du)有所下降(jiang)，這表明隨著(zhe)PA含量進(jìn)一(yi)步增加，有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械性(xing)能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過量(liang)增加，更(geng)多的(de)氫鍵形(xing)成，這會(huì)減少PVA內(nèi)(nei)部分子間的(de)氫鍵，進(jìn)而導(dǎo)(dao)致有機(jī)水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變得(de)疏松。為(wei)了進(jìn)(jin)一步探究(jiu)有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械耐(nai)久性，我(wo)們對(duì)在應(yīng)力(li)測試中表現(xiàn)(xian)最佳(jia)的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠進(jìn)(jin)行了(le)循環(huán)(huan)加載 — 卸(xie)載測試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)穩(wěn)定(ding)性和抗疲勞性(xing)能十(shi)分出色，這(zhe)從其(qi)經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)后(hou)仍保持一致(zhi)的曲線（疲(pi)勞測試）便(bian)可得到(dao)證明。在 50% 的壓縮(suo)應(yīng)變下，該(gai)有機(jī)水凝膠的(de)應(yīng)力曲線在(zai)經(jīng)過(guo) 100 次壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)后僅(jin)顯示出微(wei)小的滯(zhi)后現(xiàn)象(xiang)。