近日，杭州(zhou)電子科技大(da)學(xué)電子信息學(xué)(xue)院研究人員在國(guo)際期刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)，影響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了題為"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(zhong)，研究人(ren)員利用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定有機水(shui)凝膠(jiao)的機械性能(neng)和抗疲(pi)勞性能等(deng)指標(biāo)(biao)。

自供(gong)電壓電傳感器(qi)能夠有效解(jie)決電子皮膚的(de)供電問(wen)題。然而(er)，制造(zao)出模量(liang)與人類(lei)皮膚相似的(de)柔性傳感器仍(reng)然頗(po)具挑戰(zhàn)性。本(ben)文報道了一(yi)種基于聚偏氟(fu)乙烯(xi)（PVDF）的有機水(shui)凝膠作(zuo)為電(dian)子皮膚(fu)用壓電傳感器(qi)。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成(cheng)主要網(wǎng)絡(luò)，促(cu)進了 PVDF 中電活性(xing) β 相的形成，并(bing)確保了有機水(shui)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(jian)來增(zeng)強交聯(lián)密(mi)度和(he)機械性能，同(tong)時還充當(dāng)(dang)膠凝(ning)劑以(yi)減少 PVA 結(jié)(jie)晶。此(ci)外，有機(ji)溶劑二甲基亞(ya)砜（DMSO）被(bei)引入，為傳感器(qi)賦予抗凍性能(neng)。該有機水凝膠(jiao)在 100 次壓(ya)縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異(yi)的抗疲勞性(xing)能。而且，有(you)機水凝膠壓電(dian)傳感器(qi)有著(zhe)令人矚(zhu)目的約(yue) 8 毫秒的響應(yīng)(ying)時間以(yi)及 0-30N的寬壓(ya)力范(fan)圍。再者，該壓電(dian)有機(ji)水凝(ning)膠表現(xiàn)出出(chu)色的抗凍性(xing)能，即便在(zai)低溫下(xia)冷凍 10 天之后(hou)仍能保留其(qi)機械和壓電(dian)特性?；?PVDF 的(de)有機水(shui)凝膠已被(bei)證實，在(zai)無需外部電源(yuan)的情況下，對(dui)于人體(ti)運動(dong)檢測有(you)著重大(da)的應(yīng)(ying)用潛力。

機械(xie)性能對(dui)于壓電有(you)機水凝膠作(zuo)為傳感器在(zai)電子皮膚中(zhong)的應(yīng)用尤(you)為重要。為了研(yan)究聚丙(bing)烯酸（PA）對有機水(shui)凝膠機(ji)械性能的(de)影響，我(wo)們對(dui)含有(you)不同聚丙烯(xi)酸含量(liang)的有機水凝(ning)膠的彈性(xing)性能(neng)進行(xing)了測試。在(zai)應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線圖中可(ke)以觀(guan)察到，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(dao) 45% 的壓縮應(yīng)變時(shi)就會發(fā)(fa)生破裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更強(qiang)的機械性能，因(yin)為它(ta)能夠承受高(gao)達 0.17 Mpa的(de)應(yīng)力而(er)不會(hui)破裂。隨著PA含(han)量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有機(ji)水凝膠的壓(ya)縮強度(du)和模量(liang)也隨之(zhi)增加。這種(zhong)性能的改善歸(gui)因于(yu)PA中羥基(ji)所促成的眾(zhong)多氫鍵，這(zhe)些羥基會(hui)與PVA中的羥(qiang)基發(fā)生物(wu)理交聯(lián)。這(zhe)些增(zeng)強的(de)分子間相(xiang)互作用(yong)顯著(zhu)地改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水(shui)凝膠的機械(xie)性能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗(kang)壓強度(du)有所下降(jiang)，這表明隨著PA含(han)量進(jin)一步增加，有(you)機水凝膠(jiao)的機械性能(neng)出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著(zhe)PA過量增加，更多(duo)的氫鍵形成，這(zhe)會減少PVA內(nèi)部分(fen)子間的氫(qing)鍵，進而(er)導(dǎo)致有機(ji)水凝膠的網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變(bian)得疏松。為了(le)進一步探究(jiu)有機水凝膠(jiao)的機械(xie)耐久性(xing)，我們對在應(yīng)(ying)力測試中表(biao)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)(huan)加載 — 卸載測試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝膠的(de)機械穩(wěn)定(ding)性和抗疲(pi)勞性能十分出(chu)色，這從其(qi)經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)后仍(reng)保持一致的(de)曲線(xian)（疲勞測試）便可(ke)得到(dao)證明(ming)。在 50% 的壓縮應(yīng)(ying)變下，該有機(ji)水凝膠的應(yīng)力(li)曲線(xian)在經(jīng)過 100 次壓(ya)縮加(jia)載 — 卸載循(xun)環(huán)后僅(jin)顯示出(chu)微小(xiao)的滯后現(xiàn)象。