近日，杭州電子(zi)科技大學(xué)電(dian)子信息學(xué)院(yuan)研究人員在國(guó)(guo)際期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)(qu)，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)性論文(wen)。在該論文中(zhong)，研究人員利(li)用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械性(xing)能和抗疲勞性(xing)能等指(zhi)標(biāo)。

自供電壓(ya)電傳(chuan)感器(qi)能夠(gou)有效(xiao)解決(jue)電子皮膚的(de)供電問(wèn)題。然而(er)，制造出模(mo)量與(yu)人類(lei)皮膚相似(shi)的柔(rou)性傳(chuan)感器仍(reng)然頗具挑戰(zhàn)性(xing)。本文報(bào)(bao)道了一種(zhong)基于聚(ju)偏氟乙(yi)烯（PVDF）的(de)有機(jī)(ji)水凝膠作為電(dian)子皮膚用壓電(dian)傳感器。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進(jìn)了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的形(xing)成，并(bing)確保(bao)了有機(jī)水(shui)凝膠傳(chuan)感器(qi)的壓電性(xing)能。聚(ju)丙烯酸（PA）通(tong)過(guò)與 PVA 形成氫(qing)鍵來(lái)增強(qiáng)(qiang)交聯(lián)密(mi)度和機(jī)械性能(neng)，同時(shí)還充(chong)當(dāng)膠凝(ning)劑以減少 PVA 結(jié)(jie)晶。此外(wai)，有機(jī)溶劑(ji)二甲(jia)基亞砜（DMSO）被(bei)引入，為傳感(gan)器賦(fu)予抗凍性(xing)能。該(gai)有機(jī)(ji)水凝(ning)膠在 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的抗疲(pi)勞性能(neng)。而且，有機(jī)水凝(ning)膠壓電傳(chuan)感器(qi)有著令(ling)人矚目的約 8 毫(hao)秒的響應(yīng)時(shí)(shi)間以及 0-30N的寬(kuan)壓力范(fan)圍。再者，該(gai)壓電有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出出(chu)色的抗凍性能(neng)，即便在(zai)低溫下冷凍(dong) 10 天之后仍能(neng)保留(liu)其機(jī)(ji)械和壓電特性(xing)。基于 PVDF 的有機(jī)水(shui)凝膠已被證(zheng)實(shí)，在無(wú)(wu)需外部電源的(de)情況(kuang)下，對(duì)于人(ren)體運(yùn)動(dòng)(dong)檢測(cè)有著重(zhong)大的應(yīng)用(yong)潛力。

機(jī)械(xie)性能對(duì)于壓電(dian)有機(jī)水(shui)凝膠作為傳(chuan)感器在電子皮(pi)膚中的應(yīng)用尤(you)為重要。為了研(yan)究聚丙烯酸（PA）對(duì)(dui)有機(jī)(ji)水凝膠機(jī)械(xie)性能(neng)的影響，我們(men)對(duì)含有不同聚(ju)丙烯酸含量的(de)有機(jī)水凝膠(jiao)的彈性性能(neng)進(jìn)行了測(cè)試(shi)。在應(yīng)力(li)-應(yīng)變曲(qu)線圖中可以(yi)觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)出(chu)較低的抗壓能(neng)力，在受到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變(bian)時(shí)就會(huì)發(fā)(fa)生破裂。相比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更(geng)強(qiáng)的機(jī)械性能(neng)，因?yàn)樗軌虺?cheng)受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)力(li)而不會(huì)破裂。隨(sui)著PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有機(jī)(ji)水凝(ning)膠的壓(ya)縮強(qiáng)度和模量(liang)也隨之(zhi)增加。這種性(xing)能的(de)改善歸(gui)因于PA中羥基所(suo)促成(cheng)的眾多氫鍵，這(zhe)些羥基(ji)會(huì)與PVA中的羥基(ji)發(fā)生物(wu)理交聯(lián)。這些增(zeng)強(qiáng)的分子間相(xiang)互作用顯著(zhu)地改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓(ya)強(qiáng)度有(you)所下降，這表明(ming)隨著PA含量進(jìn)一(yi)步增加(jia)，有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)出現(xiàn)(xian)了下滑(hua)。隨著PA過(guò)量增(zeng)加，更多(duo)的氫(qing)鍵形成，這會(huì)減(jian)少PVA內(nèi)部分子間(jian)的氫(qing)鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)致有機(jī)(ji)水凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得(de)疏松(song)。為了進(jìn)一(yi)步探究有機(jī)水(shui)凝膠的(de)機(jī)械(xie)耐久性，我(wo)們對(duì)在應(yīng)(ying)力測(cè)試中表(biao)現(xiàn)最佳(jia)的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠進(jìn)行了(le)循環(huán)加載 — 卸載(zai)測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(ji)械穩(wěn)定性和(he)抗疲(pi)勞性能十分出(chu)色，這從其(qi)經(jīng)過(guò) 100 次循環(huán)(huan)后仍保持一(yi)致的曲線（疲(pi)勞測(cè)試）便(bian)可得(de)到證明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變下(xia)，該有(you)機(jī)水凝膠的應(yīng)(ying)力曲線在經(jīng)(jing)過(guò) 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循(xun)環(huán)后(hou)僅顯示出微小(xiao)的滯后現(xiàn)象。