近日(ri)，杭州電子(zi)科技大學(xué)電(dian)子信息(xi)學(xué)院研究人員(yuan)在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)(qu)，影響因子IF=4.9）發(fā)表(biao)了題(ti)為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性(xing)論文。在該論文中，研(yan)究人員(yuan)利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)用于測定有(you)機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)(ji)械性(xing)能和抗疲(pi)勞性能等(deng)指標(biāo)。

自供電(dian)壓電(dian)傳感器能夠(gou)有效解決(jue)電子(zi)皮膚的供電(dian)問題。然而，制造(zao)出模(mo)量與人(ren)類皮膚(fu)相似的(de)柔性傳(chuan)感器(qi)仍然頗具(ju)挑戰(zhàn)性。本(ben)文報(bào)(bao)道了(le)一種基于聚偏(pian)氟乙烯(xi)（PVDF）的有機(jī)水凝(ning)膠作為電子(zi)皮膚用(yong)壓電傳感器(qi)。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進(jìn)了(le) PVDF 中電活(huo)性 β 相的形成(cheng)，并確保了(le)有機(jī)水凝膠(jiao)傳感(gan)器的壓電(dian)性能(neng)。聚丙烯酸（PA）通過(guo)與 PVA 形成氫鍵(jian)來增強(qiáng)(qiang)交聯(lián)密度和機(jī)(ji)械性能(neng)，同時(shí)還充(chong)當(dāng)膠(jiao)凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此外(wai)，有機(jī)溶劑二甲(jia)基亞砜（DMSO）被引入(ru)，為傳感器賦(fu)予抗(kang)凍性能(neng)。該有機(jī)水(shui)凝膠在(zai) 100 次壓縮加載 — 卸(xie)載循(xun)環(huán)后(hou)展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的抗(kang)疲勞(lao)性能。而且，有機(jī)(ji)水凝膠壓電傳(chuan)感器有(you)著令人矚目的(de)約 8 毫秒的響應(yīng)(ying)時(shí)間(jian)以及(ji) 0-30N的寬壓力范(fan)圍。再者(zhe)，該壓(ya)電有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)出色的(de)抗凍(dong)性能，即便在(zai)低溫(wen)下冷凍 10 天(tian)之后(hou)仍能保(bao)留其機(jī)械和壓(ya)電特性?；?yu) PVDF 的有機(jī)水(shui)凝膠已被證實(shí)(shi)，在無(wu)需外部(bu)電源(yuan)的情況下，對于(yu)人體運(yùn)動(dòng)檢測(ce)有著重大(da)的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械性能對于(yu)壓電(dian)有機(jī)水凝膠(jiao)作為(wei)傳感器在電子(zi)皮膚中(zhong)的應(yīng)用尤為(wei)重要。為了研(yan)究聚(ju)丙烯酸（PA）對有機(jī)(ji)水凝膠機(jī)(ji)械性(xing)能的影響，我(wo)們對含有(you)不同聚(ju)丙烯酸(suan)含量的有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)的彈性(xing)性能進(jìn)行了(le)測試。在(zai)應(yīng)力(li)-應(yīng)變曲線圖(tu)中可以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)較低(di)的抗壓(ya)能力，在(zai)受到 45% 的(de)壓縮應(yīng)變時(shí)(shi)就會(huì)發(fā)生(sheng)破裂。相比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更強(qiáng)的機(jī)(ji)械性(xing)能，因?yàn)樗?neng)夠承受高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力(li)而不會(huì)破(po)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)度和(he)模量也隨之(zhi)增加。這種(zhong)性能的(de)改善(shan)歸因于PA中(zhong)羥基所促(cu)成的眾多氫鍵(jian)，這些羥基會(huì)與(yu)PVA中的羥基發(fā)生(sheng)物理交聯(lián)。這些(xie)增強(qiáng)的分子(zi)間相互作用(yong)顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性(xing)能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiáng)(qiang)度有所下降，這(zhe)表明隨著PA含(han)量進(jìn)(jin)一步增加，有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(ji)械性能出(chu)現(xiàn)了下滑。隨(sui)著PA過量增加(jia)，更多的氫(qing)鍵形成，這會(huì)減(jian)少PVA內(nèi)(nei)部分子間(jian)的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)致(zhi)有機(jī)水凝(ning)膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏松。為了(le)進(jìn)一步(bu)探究有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械耐(nai)久性，我們對在(zai)應(yīng)力測試中表(biao)現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠進(jìn)(jin)行了循(xun)環(huán)加載 — 卸(xie)載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)的機(jī)械穩(wěn)(wen)定性和抗疲勞(lao)性能(neng)十分出色，這(zhe)從其經(jīng)過(guo) 100 次循環(huán)后仍(reng)保持一(yi)致的(de)曲線(xian)（疲勞(lao)測試）便(bian)可得到證(zheng)明。在 50% 的壓(ya)縮應(yīng)變下，該有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的應(yīng)力(li)曲線(xian)在經(jīng)過 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯示出微(wei)小的滯后(hou)現(xiàn)象。