近日(ri)，杭州電子科技(ji)大學(xué)電子信(xin)息學(xué)院(yuan)研究人員(yuan)在國際期刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院二區(qū)，影響(xiang)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(jiu)性論(lun)文。在該論(lun)文中，研(yan)究人員(yuan)利用(yong)上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于測(ce)定有機水凝膠(jiao)的機械(xie)性能和抗疲(pi)勞性(xing)能等指標(biao)。

自供電壓(ya)電傳感器能夠(gou)有效解決電(dian)子皮膚的(de)供電問題。然而(er)，制造出(chu)模量與人(ren)類皮膚相似(shi)的柔性(xing)傳感(gan)器仍(reng)然頗具挑戰(zhàn)性(xing)。本文報道(dao)了一(yi)種基于(yu)聚偏氟乙烯(xi)（PVDF）的有(you)機水凝膠作為(wei)電子(zi)皮膚用壓電(dian)傳感器(qi)。聚乙烯醇（PVA）構(gòu)(gou)成主要(yao)網(wǎng)絡(luò)，促進(jin)了 PVDF 中電活性 β 相(xiang)的形成，并確保(bao)了有(you)機水凝膠傳(chuan)感器的壓電性(xing)能。聚丙烯酸(suan)（PA）通過與 PVA 形成(cheng)氫鍵來增強(qiang)交聯(lián)密度和(he)機械性能(neng)，同時還充(chong)當(dāng)膠凝劑(ji)以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外，有機(ji)溶劑二甲基亞(ya)砜（DMSO）被引入，為(wei)傳感器賦(fu)予抗凍性(xing)能。該有機(ji)水凝膠在 100 次(ci)壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)后展(zhan)現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的(de)抗疲勞性(xing)能。而(er)且，有機水凝膠(jiao)壓電傳(chuan)感器有著(zhe)令人(ren)矚目(mu)的約 8 毫秒的(de)響應(yīng)時間以(yi)及 0-30N的(de)寬壓力范圍(wei)。再者，該壓(ya)電有機水(shui)凝膠表現(xiàn)出(chu)出色的(de)抗凍性能，即(ji)便在(zai)低溫下冷凍 10 天(tian)之后仍能保留(liu)其機械和壓電(dian)特性?；?PVDF 的有(you)機水凝膠已(yi)被證實，在無需(xu)外部電源的(de)情況下，對(dui)于人(ren)體運動(dong)檢測有著重(zhong)大的應(yīng)用(yong)潛力。

機械性能(neng)對于壓電(dian)有機水凝膠作(zuo)為傳感器在電(dian)子皮膚(fu)中的應(yīng)用尤(you)為重(zhong)要。為了研究(jiu)聚丙烯酸(suan)（PA）對有機水凝膠(jiao)機械性能(neng)的影(ying)響，我(wo)們對含(han)有不同聚丙(bing)烯酸含量(liang)的有機(ji)水凝膠(jiao)的彈性(xing)性能(neng)進行了測(ce)試。在應(yīng)力-應(yīng)(ying)變曲線圖(tu)中可以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(ji)水凝膠表(biao)現(xiàn)出較低的抗(kang)壓能(neng)力，在(zai)受到(dao) 45% 的壓(ya)縮應(yīng)(ying)變時就會(hui)發(fā)生(sheng)破裂。相比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更強的機(ji)械性能，因為(wei)它能夠(gou)承受高達 0.17 Mpa的(de)應(yīng)力(li)而不會破(po)裂。隨(sui)著PA含(han)量從 0.2 增加到(dao) 0.5，有機水凝膠的(de)壓縮強度(du)和模量也(ye)隨之(zhi)增加。這種性(xing)能的改善歸(gui)因于PA中(zhong)羥基所促成的(de)眾多氫鍵，這些(xie)羥基會(hui)與PVA中(zhong)的羥(qiang)基發(fā)生物(wu)理交聯(lián)。這些(xie)增強(qiang)的分子(zi)間相互作(zuo)用顯著地改善(shan)了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝(ning)膠的機械性(xing)能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗(kang)壓強度有所下(xia)降，這(zhe)表明隨著PA含(han)量進一(yi)步增加，有機水(shui)凝膠的機(ji)械性能出現(xiàn)(xian)了下滑(hua)。隨著(zhe)PA過量增(zeng)加，更多的氫(qing)鍵形(xing)成，這會(hui)減少PVA內(nèi)部分(fen)子間的氫鍵(jian)，進而導(dǎo)致(zhi)有機水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)變(bian)得疏松。為了進(jin)一步探究有(you)機水凝膠(jiao)的機械耐久(jiu)性，我們對(dui)在應(yīng)(ying)力測試中表(biao)現(xiàn)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠進行了(le)循環(huán)加載 — 卸(xie)載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠(jiao)的機械(xie)穩(wěn)定性和抗(kang)疲勞性能十分(fen)出色，這從其(qi)經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)后(hou)仍保持一(yi)致的(de)曲線(xian)（疲勞(lao)測試）便(bian)可得(de)到證明。在 50% 的壓(ya)縮應(yīng)變下，該有(you)機水凝(ning)膠的(de)應(yīng)力(li)曲線(xian)在經(jīng)過(guo) 100 次壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)后(hou)僅顯示出微(wei)小的滯后現(xiàn)(xian)象。