近日，杭州電子(zi)科技大(da)學(xué)電(dian)子信息(xi)學(xué)院研究人員在(zai)國際(ji)期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)，影響(xiang)因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了(le)題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究(jiu)性論文。在該論文(wen)中，研究人員利(li)用上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于測(ce)定有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)和抗(kang)疲勞性能等指(zhi)標(biāo)。

自供電壓電(dian)傳感器能夠有(you)效解決電(dian)子皮膚的供電(dian)問題。然而，制造(zao)出模量(liang)與人類皮膚(fu)相似的柔性(xing)傳感器仍然(ran)頗具挑戰(zhàn)性(xing)。本文報道(dao)了一種(zhong)基于(yu)聚偏氟乙(yi)烯（PVDF）的有(you)機(jī)水(shui)凝膠作為電子(zi)皮膚用(yong)壓電傳感器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構(gòu)(gou)成主要(yao)網(wǎng)絡(luò)，促(cu)進(jìn)了 PVDF 中電活(huo)性 β 相的形(xing)成，并確保(bao)了有(you)機(jī)水凝膠傳(chuan)感器的壓電(dian)性能。聚(ju)丙烯酸（PA）通過與(yu) PVA 形成氫鍵來(lai)增強交(jiao)聯(lián)密度和機(jī)(ji)械性能，同時(shi)還充當(dāng)膠凝劑(ji)以減少 PVA 結(jié)晶。此(ci)外，有機(jī)溶劑(ji)二甲基亞(ya)砜（DMSO）被(bei)引入，為傳(chuan)感器(qi)賦予(yu)抗凍性(xing)能。該有機(jī)水(shui)凝膠在 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)(you)異的抗(kang)疲勞性能。而(er)且，有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)壓電(dian)傳感器有著(zhe)令人(ren)矚目的約 8 毫秒(miao)的響(xiang)應(yīng)時間以(yi)及 0-30N的(de)寬壓力范圍。再(zai)者，該壓(ya)電有機(jī)(ji)水凝膠表現(xiàn)(xian)出出色的抗凍(dong)性能(neng)，即便在低(di)溫下冷凍(dong) 10 天之(zhi)后仍能保留其(qi)機(jī)械和(he)壓電特性(xing)?；?PVDF 的有(you)機(jī)水凝(ning)膠已被證實(shi)，在無需外部電(dian)源的情況下(xia)，對于(yu)人體運動檢(jian)測有(you)著重大的應(yīng)(ying)用潛力。

機(jī)械性能(neng)對于壓電(dian)有機(jī)水凝膠作(zuo)為傳(chuan)感器在(zai)電子皮(pi)膚中的(de)應(yīng)用尤為重要(yao)。為了研究聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）對有機(jī)水凝(ning)膠機(jī)械性能(neng)的影響，我們(men)對含有不同聚(ju)丙烯(xi)酸含(han)量的有機(jī)(ji)水凝膠的(de)彈性性能進(jìn)(jin)行了測試(shi)。在應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線圖中(zhong)可以(yi)觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)(xian)出較低的(de)抗壓能力(li)，在受到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變時就會(hui)發(fā)生破(po)裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強(qiang)的機(jī)械性(xing)能，因為它能(neng)夠承受(shou)高達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)力(li)而不會破裂(lie)。隨著PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有機(jī)水(shui)凝膠的(de)壓縮強度和(he)模量也隨之(zhi)增加。這(zhe)種性能(neng)的改善歸(gui)因于PA中羥基(ji)所促成(cheng)的眾多(duo)氫鍵，這些羥(qiang)基會與PVA中的羥(qiang)基發(fā)生物理(li)交聯(lián)。這些(xie)增強的(de)分子間相(xiang)互作用(yong)顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)(ji)械性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強度有(you)所下降，這(zhe)表明隨著(zhe)PA含量進(jìn)一(yi)步增加，有機(jī)(ji)水凝(ning)膠的機(jī)械性(xing)能出現(xiàn)(xian)了下滑。隨著(zhe)PA過量增(zeng)加，更多的氫(qing)鍵形成，這會減(jian)少PVA內(nèi)(nei)部分子間的(de)氫鍵，進(jìn)而導(dǎo)(dao)致有機(jī)水凝(ning)膠的網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)(gou)變得(de)疏松。為了(le)進(jìn)一步探(tan)究有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械耐(nai)久性，我們對在(zai)應(yīng)力測試中表(biao)現(xiàn)最佳(jia)的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠進(jìn)行了(le)循環(huán)(huan)加載(zai) — 卸載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械穩(wěn)定(ding)性和抗疲(pi)勞性能(neng)十分出色，這從(cong)其經(jīng)過(guo) 100 次循環(huán)后仍保(bao)持一(yi)致的曲線(xian)（疲勞測試）便(bian)可得到證明(ming)。在 50% 的壓(ya)縮應(yīng)變下(xia)，該有機(jī)水凝膠(jiao)的應(yīng)力(li)曲線(xian)在經(jīng)過 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后僅(jin)顯示出微小的(de)滯后現(xiàn)(xian)象。