近日，杭州(zhou)電子科技大學(xue)電子(zi)信息學院(yuan)研究人員在(zai)國際期刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院(yuan)二區(qū)，影響(xiang)因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論文中(zhong)，研究人員(yuan)利用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhi)構儀(yi)用于測定有機(ji)水凝膠的(de)機械性能和抗(kang)疲勞性能(neng)等指(zhi)標。

自供(gong)電壓(ya)電傳感(gan)器能夠有效(xiao)解決電子皮膚(fu)的供電(dian)問題。然而，制造(zao)出模量與人類(lei)皮膚相似(shi)的柔性(xing)傳感(gan)器仍然頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本文(wen)報道了一種基(ji)于聚(ju)偏氟乙烯（PVDF）的有(you)機水凝膠作(zuo)為電子皮膚(fu)用壓電(dian)傳感(gan)器。聚(ju)乙烯(xi)醇（PVA）構成主(zhu)要網(wǎng)絡(luo)，促進了(le) PVDF 中電活(huo)性 β 相的形成，并(bing)確保了(le)有機(ji)水凝膠傳(chuan)感器的(de)壓電性能。聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）通過與 PVA 形(xing)成氫鍵來增強(qiang)交聯(lián)密度(du)和機(ji)械性能，同時還(hai)充當(dang)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結晶。此(ci)外，有機(ji)溶劑二(er)甲基亞砜(feng)（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器賦予抗凍(dong)性能。該有(you)機水凝(ning)膠在 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異(yi)的抗疲(pi)勞性能(neng)。而且，有(you)機水凝膠(jiao)壓電傳感(gan)器有著(zhe)令人矚目的約(yue) 8 毫秒的響應(ying)時間以及(ji) 0-30N的寬壓力(li)范圍。再者，該(gai)壓電有機水(shui)凝膠表現(xiàn)出出(chu)色的抗凍(dong)性能(neng)，即便在(zai)低溫下冷凍 10 天(tian)之后仍能保留(liu)其機(ji)械和壓電特(te)性?；?PVDF 的有(you)機水凝膠(jiao)已被證實，在(zai)無需(xu)外部電源的(de)情況下，對于人(ren)體運動(dong)檢測有著重大(da)的應用潛(qian)力。

機械性能(neng)對于壓電(dian)有機(ji)水凝膠作為(wei)傳感器(qi)在電子皮膚(fu)中的應(ying)用尤為重要(yao)。為了研究(jiu)聚丙烯酸(suan)（PA）對有(you)機水凝(ning)膠機械性能的(de)影響(xiang)，我們對含(han)有不同聚(ju)丙烯酸含量(liang)的有機(ji)水凝膠(jiao)的彈性(xing)性能進行了測(ce)試。在(zai)應力-應變曲線(xian)圖中可以(yi)觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(ji)水凝膠表現(xiàn)出(chu)較低的抗壓(ya)能力，在受(shou)到 45% 的壓縮應變(bian)時就會(hui)發(fā)生(sheng)破裂。相比(bi)之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強的機械(xie)性能，因為(wei)它能夠承受高(gao)達 0.17 Mpa的應力而不(bu)會破裂(lie)。隨著PA含量從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有機(ji)水凝(ning)膠的(de)壓縮強度和模(mo)量也隨之(zhi)增加。這種性(xing)能的改(gai)善歸因于PA中羥(qiang)基所促成的(de)眾多氫鍵(jian)，這些羥基會與(yu)PVA中的羥基發(fā)(fa)生物(wu)理交聯(lián)。這些增(zeng)強的分子間相(xiang)互作(zuo)用顯(xian)著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(ji)水凝膠的機械(xie)性能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強度(du)有所下(xia)降，這(zhe)表明隨著(zhe)PA含量進(jin)一步(bu)增加，有機(ji)水凝膠的(de)機械性能(neng)出現(xiàn)了下滑。隨(sui)著PA過(guo)量增加，更(geng)多的氫鍵(jian)形成，這會減(jian)少PVA內部分子間(jian)的氫鍵，進(jin)而導致有(you)機水凝(ning)膠的(de)網(wǎng)絡結構變(bian)得疏松。為了進(jin)一步探究(jiu)有機水凝膠(jiao)的機(ji)械耐久(jiu)性，我們(men)對在應(ying)力測試中(zhong)表現(xiàn)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠進(jin)行了(le)循環(huán)(huan)加載 — 卸載測(ce)試。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(lao)性能十分出色(se)，這從(cong)其經(jīng)過 100 次循環(huán)(huan)后仍保持一(yi)致的(de)曲線（疲(pi)勞測試）便可(ke)得到證(zheng)明。在(zai) 50% 的壓縮應變(bian)下，該(gai)有機水凝(ning)膠的應力曲(qu)線在經(jīng)過 100 次壓(ya)縮加(jia)載 — 卸載(zai)循環(huán)(huan)后僅顯示出微(wei)小的滯后現(xiàn)象(xiang)。