近日，杭州電(dian)子科技大(da)學(xué)電子信息(xi)學(xué)院研究(jiu)人員在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院二區(qū)(qu)，影響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題(ti)為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究(jiu)性論文(wen)。在該論文(wen)中，研究人員(yuan)利用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測(ce)定有機水(shui)凝膠的機械性(xing)能和抗(kang)疲勞(lao)性能(neng)等指標(biāo)。

自供電壓(ya)電傳感(gan)器能夠(gou)有效解(jie)決電子皮膚的(de)供電問題。然(ran)而，制造出(chu)模量與人(ren)類皮(pi)膚相似的(de)柔性傳感(gan)器仍然頗具(ju)挑戰(zhàn)(zhan)性。本文(wen)報道了一種基(ji)于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的(de)有機水(shui)凝膠作為電子(zi)皮膚用壓電(dian)傳感(gan)器。聚(ju)乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的形(xing)成，并確保(bao)了有機水凝(ning)膠傳感(gan)器的(de)壓電(dian)性能。聚丙烯酸(suan)（PA）通過與 PVA 形成(cheng)氫鍵來增(zeng)強交聯(lián)密度(du)和機械(xie)性能，同時還充(chong)當(dāng)膠(jiao)凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)(jie)晶。此(ci)外，有機溶劑(ji)二甲基亞砜（DMSO）被(bei)引入，為傳感(gan)器賦予抗(kang)凍性能。該有(you)機水凝膠在(zai) 100 次壓縮加(jia)載 — 卸(xie)載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)出優(yōu)(you)異的抗疲勞(lao)性能。而(er)且，有(you)機水凝(ning)膠壓電傳感(gan)器有著(zhe)令人(ren)矚目(mu)的約 8 毫(hao)秒的響應(yīng)時(shi)間以及(ji) 0-30N的寬壓力(li)范圍。再者，該壓(ya)電有(you)機水凝膠(jiao)表現(xiàn)出出色(se)的抗凍性能(neng)，即便(bian)在低溫下冷(leng)凍 10 天之(zhi)后仍(reng)能保留其機(ji)械和壓電特性(xing)?；?PVDF 的(de)有機水凝膠已(yi)被證實(shi)，在無需外部電(dian)源的情況下(xia)，對于人(ren)體運(yun)動檢測有(you)著重大的應(yīng)(ying)用潛力(li)。

機械性能對于(yu)壓電有(you)機水凝膠作(zuo)為傳感(gan)器在電(dian)子皮(pi)膚中的(de)應(yīng)用(yong)尤為(wei)重要。為了研(yan)究聚丙烯酸（PA）對(dui)有機水凝膠機(ji)械性能的影(ying)響，我們對(dui)含有不同聚丙(bing)烯酸含量的(de)有機水凝膠(jiao)的彈性性能(neng)進行了(le)測試。在應(yīng)(ying)力-應(yīng)變曲線(xian)圖中(zhong)可以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝(ning)膠表現(xiàn)出較(jiao)低的抗壓能力(li)，在受到 45% 的(de)壓縮應(yīng)變時(shi)就會發(fā)生破(po)裂。相比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更強的(de)機械性能，因為(wei)它能(neng)夠承受高達(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而不(bu)會破裂(lie)。隨著(zhe)PA含量(liang)從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有機(ji)水凝膠的(de)壓縮強度(du)和模量(liang)也隨之(zhi)增加。這種性能(neng)的改善歸(gui)因于PA中羥(qiang)基所(suo)促成的眾多(duo)氫鍵，這些(xie)羥基會與PVA中的(de)羥基發(fā)(fa)生物理(li)交聯(lián)。這(zhe)些增強(qiang)的分子(zi)間相互(hu)作用(yong)顯著地改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水(shui)凝膠的機(ji)械性(xing)能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強度(du)有所下降(jiang)，這表明隨(sui)著PA含量進一步(bu)增加，有機水凝(ning)膠的機械(xie)性能出(chu)現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過量增(zeng)加，更(geng)多的氫鍵形成(cheng)，這會減少PVA內(nèi)部(bu)分子間的氫(qing)鍵，進而(er)導(dǎo)致有(you)機水凝膠(jiao)的網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變(bian)得疏松(song)。為了(le)進一(yi)步探(tan)究有機水(shui)凝膠的機械(xie)耐久性，我(wo)們對在應(yīng)力(li)測試中表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠(jiao)進行了循環(huán)加(jia)載 — 卸載測試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠(jiao)的機械穩(wěn)定性(xing)和抗(kang)疲勞性(xing)能十分出色(se)，這從(cong)其經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)后仍保(bao)持一(yi)致的曲線（疲(pi)勞測試）便(bian)可得到證明(ming)。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變下，該(gai)有機水凝膠(jiao)的應(yīng)力曲(qu)線在經(jīng)過(guo) 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯示出(chu)微小的滯后現(xiàn)(xian)象。