近日，杭州(zhou)電子科技大學(xué)(xue)電子信息學(xué)院(yuan)研究人員在(zai)國(guó)際期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)，影(ying)響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了題(ti)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(wen)中，研究人員(yuan)利用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測(cè)定(ding)有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)(ji)械性(xing)能和抗疲勞(lao)性能等指(zhi)標(biāo)。

自供電(dian)壓電傳(chuan)感器(qi)能夠有效解決(jue)電子皮膚的(de)供電問(wèn)(wen)題。然而，制造(zao)出模量與人類(lei)皮膚相似(shi)的柔性傳感器(qi)仍然(ran)頗具挑(tiao)戰(zhàn)性(xing)。本文報(bào)道了(le)一種基(ji)于聚偏(pian)氟乙烯（PVDF）的(de)有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)作為電子皮(pi)膚用(yong)壓電(dian)傳感(gan)器。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)(jin)了 PVDF 中電活性 β 相(xiang)的形成(cheng)，并確保了有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)傳感器的(de)壓電性能(neng)。聚丙烯酸（PA）通過(guò)(guo)與 PVA 形成氫鍵來(lái)(lai)增強(qiáng)交聯(lián)密(mi)度和(he)機(jī)械性能，同(tong)時(shí)還充當(dāng)膠(jiao)凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶(jing)。此外(wai)，有機(jī)溶劑(ji)二甲基(ji)亞砜（DMSO）被引入(ru)，為傳感器賦(fu)予抗凍性能。該(gai)有機(jī)水(shui)凝膠在(zai) 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載(zai)循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的抗(kang)疲勞性能。而(er)且，有機(jī)水(shui)凝膠壓電傳(chuan)感器(qi)有著(zhe)令人(ren)矚目的約 8 毫(hao)秒的響應(yīng)時(shí)(shi)間以及 0-30N的寬(kuan)壓力范圍。再者(zhe)，該壓電有機(jī)水(shui)凝膠表現(xiàn)出出(chu)色的(de)抗凍性(xing)能，即(ji)便在(zai)低溫下冷凍(dong) 10 天之后(hou)仍能(neng)保留(liu)其機(jī)械和(he)壓電特性?；?yu) PVDF 的有(you)機(jī)水(shui)凝膠已(yi)被證(zheng)實(shí)，在無(wú)需(xu)外部電(dian)源的(de)情況(kuang)下，對(duì)于人(ren)體運(yùn)(yun)動(dòng)檢(jian)測(cè)有著重大(da)的應(yīng)用潛力(li)。

機(jī)械性(xing)能對(duì)于壓(ya)電有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)作為(wei)傳感器在(zai)電子皮(pi)膚中的應(yīng)用(yong)尤為重(zhong)要。為(wei)了研(yan)究聚丙(bing)烯酸（PA）對(duì)(dui)有機(jī)(ji)水凝膠機(jī)械(xie)性能的影(ying)響，我(wo)們對(duì)(dui)含有不同聚丙(bing)烯酸含量的有(you)機(jī)水(shui)凝膠的(de)彈性性(xing)能進(jìn)行了測(cè)試(shi)。在應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線圖(tu)中可以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)(ji)水凝膠表現(xiàn)出(chu)較低的抗壓能(neng)力，在受到(dao) 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變時(shí)(shi)就會(huì)發(fā)生破裂(lie)。相比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強(qiáng)(qiang)的機(jī)(ji)械性能，因(yin)為它(ta)能夠承受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)力而不(bu)會(huì)破裂。隨著(zhe)PA含量(liang)從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有(you)機(jī)水凝膠的壓(ya)縮強(qiáng)(qiang)度和模量(liang)也隨(sui)之增(zeng)加。這種性能的(de)改善歸因于PA中(zhong)羥基(ji)所促成的眾多(duo)氫鍵(jian)，這些羥基會(huì)與(yu)PVA中的羥基發(fā)生(sheng)物理(li)交聯(lián)。這些增(zeng)強(qiáng)的分子(zi)間相(xiang)互作用顯著地(di)改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)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(qiáng)度有所(suo)下降，這表(biao)明隨著(zhe)PA含量進(jìn)一(yi)步增加，有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械性能出現(xiàn)(xian)了下滑(hua)。隨著PA過(guò)量增加(jia)，更多的氫(qing)鍵形成(cheng)，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(ning)膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變得疏松(song)。為了進(jìn)一步(bu)探究有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械耐(nai)久性(xing)，我們對(duì)在應(yīng)(ying)力測(cè)(ce)試中(zhong)表現(xiàn)(xian)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠進(jìn)行(xing)了循環(huán)(huan)加載 — 卸載測(cè)(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠的(de)機(jī)械穩(wěn)定性和(he)抗疲勞性(xing)能十分(fen)出色，這從其(qi)經(jīng)過(guò) 100 次循環(huán)(huan)后仍保持(chi)一致的(de)曲線(xian)（疲勞測(cè)試）便可(ke)得到證(zheng)明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變下(xia)，該有機(jī)水凝(ning)膠的應(yīng)(ying)力曲(qu)線在經(jīng)過(guò)(guo) 100 次壓(ya)縮加(jia)載 — 卸載(zai)循環(huán)(huan)后僅(jin)顯示出(chu)微小的滯后(hou)現(xiàn)象。