近日，杭州(zhou)電子科技(ji)大學(xué)電(dian)子信息學(xué)院研究(jiu)人員在國(guó)際(ji)期刊《Microchemical Journal》（中科院二(er)區(qū)，影(ying)響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了(le)題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論文(wen)。在該論文中，研(yan)究人(ren)員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械性(xing)能和抗疲(pi)勞性能等指(zhi)標(biāo)。

自供(gong)電壓電(dian)傳感器能夠(gou)有效解決(jue)電子(zi)皮膚的(de)供電問(wèn)題。然而(er)，制造出模量與(yu)人類皮膚相似(shi)的柔性傳感器(qi)仍然頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本(ben)文報(bào)(bao)道了一種基(ji)于聚(ju)偏氟乙(yi)烯（PVDF）的有機(jī)水(shui)凝膠作為(wei)電子皮(pi)膚用壓電傳感(gan)器。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進(jìn)了(le) PVDF 中電(dian)活性 β 相的(de)形成，并確保了(le)有機(jī)水凝(ning)膠傳(chuan)感器的壓電(dian)性能(neng)。聚丙烯酸（PA）通(tong)過(guò)與 PVA 形成氫(qing)鍵來(lái)增強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度和機(jī)械(xie)性能，同(tong)時(shí)還充當(dāng)膠(jiao)凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機(jī)溶(rong)劑二甲基亞(ya)砜（DMSO）被(bei)引入，為傳感(gan)器賦予抗凍性(xing)能。該有(you)機(jī)水凝膠在 100 次(ci)壓縮加載(zai) — 卸載循(xun)環(huán)后(hou)展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異(yi)的抗疲勞(lao)性能(neng)。而且，有機(jī)水凝(ning)膠壓電(dian)傳感器有著令(ling)人矚(zhu)目的約 8 毫秒(miao)的響(xiang)應(yīng)時(shí)(shi)間以及 0-30N的寬(kuan)壓力范圍(wei)。再者，該壓電(dian)有機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出(chu)出色(se)的抗(kang)凍性能(neng)，即便在低溫(wen)下冷凍 10 天(tian)之后仍(reng)能保留其機(jī)(ji)械和壓電特性(xing)?；?yu) PVDF 的有機(jī)(ji)水凝膠已(yi)被證實(shí)(shi)，在無(wú)需外(wai)部電源(yuan)的情況下，對(duì)于(yu)人體(ti)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)(ce)有著(zhe)重大的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械性能(neng)對(duì)于(yu)壓電有機(jī)水凝(ning)膠作為傳感(gan)器在電(dian)子皮膚中的應(yīng)(ying)用尤為重要(yao)。為了研(yan)究聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）對(duì)有機(jī)水凝(ning)膠機(jī)械(xie)性能的影(ying)響，我(wo)們對(duì)(dui)含有不同聚(ju)丙烯酸含量的(de)有機(jī)(ji)水凝膠的(de)彈性性能(neng)進(jìn)行了測(cè)(ce)試。在(zai)應(yīng)力-應(yīng)變曲(qu)線圖中可以觀(guan)察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝(ning)膠表(biao)現(xiàn)出較低的抗(kang)壓能(neng)力，在受到 45% 的(de)壓縮應(yīng)變時(shí)就(jiu)會(huì)發(fā)生破(po)裂。相比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了(le)更強(qiáng)的機(jī)械性(xing)能，因?yàn)樗軌?gou)承受(shou)高達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)力而(er)不會(huì)破裂。隨(sui)著PA含量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(jī)水凝膠(jiao)的壓(ya)縮強(qiáng)度和模量(liang)也隨之增加(jia)。這種(zhong)性能的(de)改善歸(gui)因于PA中羥基所(suo)促成的(de)眾多氫鍵(jian)，這些(xie)羥基(ji)會(huì)與PVA中的(de)羥基發(fā)(fa)生物理(li)交聯(lián)。這些增(zeng)強(qiáng)的分子間(jian)相互作(zuo)用顯著(zhu)地改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)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(qiáng)度有(you)所下降，這(zhe)表明隨(sui)著PA含(han)量進(jìn)一(yi)步增加，有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械(xie)性能出現(xiàn)(xian)了下滑。隨(sui)著PA過(guò)(guo)量增(zeng)加，更多的氫(qing)鍵形成，這會(huì)減(jian)少PVA內(nèi)部分子間(jian)的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)致(zhi)有機(jī)水(shui)凝膠的網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)變得(de)疏松(song)。為了進(jìn)(jin)一步探究有(you)機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械耐久性(xing)，我們對(duì)在(zai)應(yīng)力測(cè)試(shi)中表現(xiàn)最佳(jia)的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠(jiao)進(jìn)行了循(xun)環(huán)加載 — 卸載測(cè)(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械穩(wěn)定(ding)性和(he)抗疲勞性能(neng)十分出色(se)，這從其經(jīng)過(guò)(guo) 100 次循環(huán)(huan)后仍保持(chi)一致的曲線（疲(pi)勞測(cè)試）便可(ke)得到證明。在 50% 的(de)壓縮(suo)應(yīng)變下，該(gai)有機(jī)水凝(ning)膠的應(yīng)力(li)曲線在(zai)經(jīng)過(guò) 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循(xun)環(huán)后(hou)僅顯示(shi)出微小的滯后(hou)現(xiàn)象(xiang)。