近日，杭州電(dian)子科(ke)技大學電子(zi)信息學(xue)院研究人員(yuan)在國際期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)，影(ying)響因(yin)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(yan)究性論文。在該論文中，研(yan)究人(ren)員利用上海騰(teng)拔Universal TA質構(gou)儀用于測(ce)定有機水(shui)凝膠的機(ji)械性能和抗疲(pi)勞性(xing)能等指標(biao)。

自供電(dian)壓電(dian)傳感器能夠(gou)有效解(jie)決電(dian)子皮膚的(de)供電問題。然而(er)，制造出(chu)模量與人類(lei)皮膚相似(shi)的柔性傳(chuan)感器仍(reng)然頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本文(wen)報道了一種基(ji)于聚偏(pian)氟乙烯（PVDF）的(de)有機(ji)水凝膠作為電(dian)子皮膚用壓(ya)電傳感器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構(gou)成主(zhu)要網(wǎng)絡，促進(jin)了 PVDF 中(zhong)電活性 β 相的(de)形成，并確保(bao)了有機(ji)水凝膠傳感器(qi)的壓(ya)電性能(neng)。聚丙烯酸(suan)（PA）通過(guo)與 PVA 形成(cheng)氫鍵來增強(qiang)交聯(lián)(lian)密度和機(ji)械性能，同時還(hai)充當(dang)膠凝劑以(yi)減少 PVA 結晶(jing)。此外，有機溶劑(ji)二甲基亞砜(feng)（DMSO）被引入，為傳感(gan)器賦予抗(kang)凍性能(neng)。該有(you)機水凝膠(jiao)在 100 次(ci)壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)異的抗(kang)疲勞性(xing)能。而且，有機水(shui)凝膠壓電(dian)傳感器有著(zhe)令人(ren)矚目的(de)約 8 毫秒(miao)的響應時(shi)間以及(ji) 0-30N的寬(kuan)壓力范圍。再(zai)者，該壓電(dian)有機水凝膠(jiao)表現(xiàn)出出(chu)色的(de)抗凍性能，即(ji)便在低溫(wen)下冷凍 10 天(tian)之后仍能(neng)保留(liu)其機械和壓(ya)電特性?；?yu) PVDF 的有機水凝(ning)膠已(yi)被證實，在(zai)無需外部電源(yuan)的情況下，對于(yu)人體運動檢(jian)測有著重(zhong)大的應用潛力(li)。

機械性能對(dui)于壓(ya)電有機水凝(ning)膠作為傳感器(qi)在電子皮(pi)膚中(zhong)的應用(yong)尤為重要(yao)。為了研究聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）對有機(ji)水凝膠(jiao)機械(xie)性能(neng)的影響(xiang)，我們對含有(you)不同聚丙烯酸(suan)含量的有機水(shui)凝膠的彈性性(xing)能進行了測(ce)試。在應力-應變(bian)曲線圖中可(ke)以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝膠表(biao)現(xiàn)出較低的(de)抗壓能力，在受(shou)到 45% 的(de)壓縮應變(bian)時就會發(fā)(fa)生破(po)裂。相比(bi)之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更(geng)強的機械性(xing)能，因為(wei)它能夠承(cheng)受高達 0.17 Mpa的應(ying)力而不會破(po)裂。隨著PA含量(liang)從 0.2 增(zeng)加到(dao) 0.5，有機水凝膠(jiao)的壓縮強度和(he)模量(liang)也隨(sui)之增(zeng)加。這種性能的(de)改善(shan)歸因于PA中羥基(ji)所促成(cheng)的眾多氫鍵(jian)，這些羥基(ji)會與PVA中的羥基(ji)發(fā)生(sheng)物理交(jiao)聯(lián)。這些(xie)增強的分子間(jian)相互(hu)作用顯著地(di)改善(shan)了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(qiang)度有所下降(jiang)，這表明(ming)隨著PA含(han)量進一步增(zeng)加，有(you)機水凝膠的機(ji)械性(xing)能出現(xiàn)(xian)了下滑(hua)。隨著PA過量(liang)增加(jia)，更多的氫鍵形(xing)成，這(zhe)會減少PVA內(nèi)部(bu)分子間(jian)的氫鍵，進而(er)導致(zhi)有機水凝(ning)膠的網(wǎng)(wang)絡結構變得疏(shu)松。為了進(jin)一步(bu)探究有(you)機水凝(ning)膠的機械(xie)耐久性，我(wo)們對在應力(li)測試中表(biao)現(xiàn)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠進(jin)行了(le)循環(huán)加載 — 卸載(zai)測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠的機(ji)械穩(wěn)(wen)定性(xing)和抗疲(pi)勞性能(neng)十分出色，這從(cong)其經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)后仍保持(chi)一致的曲線(xian)（疲勞測試）便可(ke)得到證明(ming)。在 50% 的壓縮(suo)應變下，該有機(ji)水凝膠(jiao)的應力曲(qu)線在經(jīng)(jing)過 100 次(ci)壓縮加載(zai) — 卸載循環(huán)后僅(jin)顯示出微小的(de)滯后現(xiàn)(xian)象。