近日，杭州電子(zi)科技大學(xué)電(dian)子信息學(xué)(xue)院研究人員在(zai)國際期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)，影(ying)響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了(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Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用于測(cè)(ce)定有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械性能和(he)抗疲勞性能等(deng)指標(biāo)。

自供電壓(ya)電傳感器能夠(gou)有效解決電(dian)子皮(pi)膚的(de)供電問題。然(ran)而，制造出模(mo)量與人類皮(pi)膚相似的柔性(xing)傳感器仍然頗(po)具挑戰(zhàn)(zhan)性。本(ben)文報(bào)道了(le)一種基于聚(ju)偏氟乙烯（PVDF）的(de)有機(jī)(ji)水凝膠作(zuo)為電子(zi)皮膚用(yong)壓電(dian)傳感器。聚乙(yi)烯醇（PVA）構(gòu)成主要(yao)網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)了(le) PVDF 中電活性(xing) β 相的形成，并(bing)確保了有(you)機(jī)水凝膠傳感(gan)器的壓電(dian)性能。聚丙烯酸(suan)（PA）通過(guo)與 PVA 形成氫鍵來(lai)增強(qiáng)交(jiao)聯(lián)密度和機(jī)(ji)械性能，同(tong)時(shí)還充當(dāng)(dang)膠凝(ning)劑以減少 PVA 結(jié)(jie)晶。此外，有機(jī)溶(rong)劑二甲基亞砜(feng)（DMSO）被引入(ru)，為傳(chuan)感器賦(fu)予抗凍性能。該(gai)有機(jī)水凝膠(jiao)在 100 次壓(ya)縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)(huan)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)(you)異的抗疲(pi)勞性能。而且(qie)，有機(jī)水凝膠壓(ya)電傳感器有著(zhe)令人矚目的(de)約 8 毫秒的響(xiang)應(yīng)時(shí)間(jian)以及 0-30N的寬壓(ya)力范圍。再者，該(gai)壓電(dian)有機(jī)水(shui)凝膠表(biao)現(xiàn)出出色的(de)抗凍性(xing)能，即便在低溫(wen)下冷凍 10 天之后(hou)仍能保留(liu)其機(jī)(ji)械和(he)壓電特性。基于(yu) PVDF 的有機(jī)水凝(ning)膠已(yi)被證實(shí)，在(zai)無需外部電(dian)源的情(qing)況下，對(duì)于(yu)人體運(yùn)(yun)動(dòng)檢(jian)測(cè)有著(zhe)重大的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械性能(neng)對(duì)于(yu)壓電有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)作為傳(chuan)感器在電子皮(pi)膚中的(de)應(yīng)用尤為(wei)重要。為了研(yan)究聚丙烯酸（PA）對(duì)(dui)有機(jī)水凝膠機(jī)(ji)械性能(neng)的影響，我們對(duì)(dui)含有不同聚(ju)丙烯酸含(han)量的有機(jī)水凝(ning)膠的彈(dan)性性能進(jìn)行(xing)了測(cè)試。在應(yīng)力(li)-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)水凝膠表(biao)現(xiàn)出較低(di)的抗壓能力，在(zai)受到 45% 的(de)壓縮應(yīng)變時(shí)(shi)就會(huì)發(fā)生破(po)裂。相比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了(le)更強(qiáng)的(de)機(jī)械性能，因?yàn)?wei)它能夠承受(shou)高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而(er)不會(huì)破裂。隨(sui)著PA含量從(cong) 0.2 增加到(dao) 0.5，有機(jī)水凝膠(jiao)的壓縮強(qiáng)度(du)和模(mo)量也隨之(zhi)增加。這種(zhong)性能的改善(shan)歸因于(yu)PA中羥基所(suo)促成的眾多(duo)氫鍵，這些羥基(ji)會(huì)與(yu)PVA中的羥基發(fā)(fa)生物(wu)理交聯(lián)。這些增(zeng)強(qiáng)的(de)分子間相互(hu)作用顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械性能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiáng)度有(you)所下降(jiang)，這表明隨(sui)著PA含(han)量進(jìn)(jin)一步(bu)增加，有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械性(xing)能出現(xiàn)了下滑(hua)。隨著PA過量增(zeng)加，更(geng)多的(de)氫鍵形成，這(zhe)會(huì)減少(shao)PVA內(nèi)部分(fen)子間的氫(qing)鍵，進(jìn)而導(dǎo)(dao)致有機(jī)水凝(ning)膠的(de)網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)變得疏松(song)。為了進(jìn)一步(bu)探究(jiu)有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)耐久性，我(wo)們對(duì)在應(yīng)力測(cè)(ce)試中表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝(ning)膠進(jìn)行(xing)了循環(huán)加載 — 卸(xie)載測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)穩(wěn)定性和抗疲(pi)勞性能(neng)十分出(chu)色，這從其(qi)經(jīng)過 100 次循環(huán)后(hou)仍保持一(yi)致的曲線（疲勞(lao)測(cè)試）便(bian)可得到(dao)證明。在 50% 的壓縮(suo)應(yīng)變下，該(gai)有機(jī)水(shui)凝膠的應(yīng)(ying)力曲線(xian)在經(jīng)(jing)過 100 次(ci)壓縮(suo)加載 — 卸載循(xun)環(huán)后僅(jin)顯示出(chu)微小的(de)滯后現(xiàn)象。