近日，杭(hang)州電子科(ke)技大學(xué)(xue)電子信(xin)息學(xué)院研究人員(yuan)在國(guó)際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)(qu)，影響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性(xing)論文。在該論文(wen)中，研究人員利(li)用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于測(cè)(ce)定有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械(xie)性能和抗(kang)疲勞(lao)性能等指(zhi)標(biāo)。

自供電壓電傳(chuan)感器(qi)能夠有效解決(jue)電子皮膚(fu)的供電問(wèn)(wen)題。然(ran)而，制造出模(mo)量與人類皮膚(fu)相似(shi)的柔性傳感(gan)器仍然頗(po)具挑戰(zhàn)性。本(ben)文報(bào)道了一種(zhong)基于聚偏氟乙(yi)烯（PVDF）的(de)有機(jī)水凝膠作(zuo)為電子皮膚用(yong)壓電傳感器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構(gòu)成(cheng)主要網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)了 PVDF 中電活(huo)性 β 相的形(xing)成，并確保了有(you)機(jī)水凝(ning)膠傳感器的壓(ya)電性能。聚丙烯(xi)酸（PA）通過(guò)與 PVA 形成(cheng)氫鍵來(lái)增強(qiáng)(qiang)交聯(lián)密(mi)度和機(jī)械性(xing)能，同時(shí)還充當(dāng)(dang)膠凝劑以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機(jī)溶劑二(er)甲基亞砜(feng)（DMSO）被引入(ru)，為傳感器(qi)賦予抗凍(dong)性能。該(gai)有機(jī)水凝膠(jiao)在 100 次(ci)壓縮加載(zai) — 卸載(zai)循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出優(yōu)(you)異的抗疲勞性(xing)能。而(er)且，有(you)機(jī)水凝(ning)膠壓(ya)電傳(chuan)感器有(you)著令人矚目(mu)的約 8 毫秒的(de)響應(yīng)時(shí)間以及(ji) 0-30N的寬壓(ya)力范圍。再者(zhe)，該壓電有機(jī)(ji)水凝膠表現(xiàn)出(chu)出色的(de)抗凍性能(neng)，即便在低溫(wen)下冷凍 10 天之(zhi)后仍能保留其(qi)機(jī)械和壓電特(te)性?；?PVDF 的有機(jī)(ji)水凝膠已被證(zheng)實(shí)，在無(wú)需外部(bu)電源的情(qing)況下，對(duì)于(yu)人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)(ce)有著重大(da)的應(yīng)用潛力。

機(jī)械性(xing)能對(duì)于(yu)壓電有機(jī)水凝(ning)膠作(zuo)為傳感器在(zai)電子(zi)皮膚中的應(yīng)(ying)用尤為(wei)重要。為了(le)研究聚丙烯(xi)酸（PA）對(duì)有(you)機(jī)水(shui)凝膠機(jī)械性(xing)能的影響，我(wo)們對(duì)含(han)有不同聚(ju)丙烯(xi)酸含(han)量的有機(jī)水(shui)凝膠的彈性(xing)性能進(jìn)行(xing)了測(cè)試。在應(yīng)(ying)力-應(yīng)變曲線圖(tu)中可以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)表現(xiàn)出較低的(de)抗壓能力，在受(shou)到 45% 的壓縮應(yīng)(ying)變時(shí)就會(huì)(hui)發(fā)生(sheng)破裂(lie)。相比之下，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)承受高達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)(ying)力而不(bu)會(huì)破裂。隨(sui)著PA含量從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有機(jī)水凝(ning)膠的壓縮強(qiáng)度(du)和模量也隨(sui)之增加。這種(zhong)性能的改(gai)善歸因于PA中羥(qiang)基所(suo)促成(cheng)的眾多氫鍵，這(zhe)些羥基(ji)會(huì)與(yu)PVA中的(de)羥基發(fā)生物理(li)交聯(lián)。這些(xie)增強(qiáng)的分子(zi)間相互作(zuo)用顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械(xie)性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓(ya)強(qiáng)度有所下降(jiang)，這表明(ming)隨著(zhe)PA含量進(jìn)(jin)一步增加，有(you)機(jī)水凝(ning)膠的(de)機(jī)械(xie)性能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過(guò)量(liang)增加，更多的(de)氫鍵形(xing)成，這會(huì)減少PVA內(nèi)(nei)部分子間的氫(qing)鍵，進(jìn)而導(dǎo)致有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏松。為(wei)了進(jìn)一步探(tan)究有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)耐久性，我們對(duì)(dui)在應(yīng)力測(cè)(ce)試中表現(xiàn)最佳(jia)的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝膠進(jìn)行了(le)循環(huán)加載 — 卸(xie)載測(cè)(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械穩(wěn)定性(xing)和抗(kang)疲勞性(xing)能十分出色(se)，這從(cong)其經(jīng)(jing)過(guò) 100 次循環(huán)后仍(reng)保持一致的曲(qu)線（疲勞測(cè)(ce)試）便可得(de)到證(zheng)明。在(zai) 50% 的壓縮應(yīng)變(bian)下，該(gai)有機(jī)水凝(ning)膠的(de)應(yīng)力(li)曲線在經(jīng)過(guò)(guo) 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯示(shi)出微小的(de)滯后現(xiàn)象。