近日(ri)，杭州電子(zi)科技大學(xué)(xue)電子信息(xi)學(xué)院(yuan)研究人員在國(guó)(guo)際期刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)，影響因(yin)子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(lun)文中，研究人員(yuan)利用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測(cè)(ce)定有(you)機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械性能(neng)和抗(kang)疲勞性能(neng)等指(zhi)標(biāo)。

自供電壓電傳(chuan)感器(qi)能夠有(you)效解決電子(zi)皮膚(fu)的供電(dian)問(wèn)題。然而(er)，制造(zao)出模量與人(ren)類皮(pi)膚相似的(de)柔性(xing)傳感器仍然頗(po)具挑(tiao)戰(zhàn)性(xing)。本文報(bào)道了(le)一種基于聚(ju)偏氟(fu)乙烯（PVDF）的(de)有機(jī)水凝膠(jiao)作為電子皮膚(fu)用壓電傳感器(qi)。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)成主要(yao)網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)了 PVDF 中(zhong)電活性(xing) β 相的(de)形成，并確(que)保了有機(jī)(ji)水凝膠傳感器(qi)的壓電性能。聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）通過(guò)與(yu) PVA 形成氫鍵來(lái)(lai)增強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度和機(jī)械(xie)性能，同(tong)時(shí)還充(chong)當(dāng)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機(jī)溶劑二甲基(ji)亞砜（DMSO）被引(yin)入，為傳感(gan)器賦予抗(kang)凍性能。該(gai)有機(jī)水凝膠(jiao)在 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出優(yōu)異(yi)的抗疲勞性(xing)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(xiang)應(yīng)時(shí)(shi)間以及 0-30N的寬壓(ya)力范圍。再者(zhe)，該壓電(dian)有機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出出色(se)的抗凍(dong)性能，即便在(zai)低溫(wen)下冷凍 10 天(tian)之后仍能保留(liu)其機(jī)械和壓(ya)電特性?；?ji)于 PVDF 的有機(jī)(ji)水凝膠已(yi)被證實(shí)，在無(wú)(wu)需外部(bu)電源的情況(kuang)下，對(duì)于(yu)人體運(yùn)動(dòng)(dong)檢測(cè)有著(zhe)重大的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械(xie)性能對(duì)于壓(ya)電有機(jī)水凝膠(jiao)作為(wei)傳感器(qi)在電(dian)子皮膚(fu)中的應(yīng)用尤為(wei)重要。為了研(yan)究聚丙烯酸(suan)（PA）對(duì)有機(jī)水凝(ning)膠機(jī)(ji)械性能的影響(xiang)，我們對(duì)含有(you)不同(tong)聚丙烯酸含量(liang)的有(you)機(jī)水凝膠的(de)彈性性能(neng)進(jìn)行了測(cè)試。在(zai)應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線圖中可(ke)以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)出(chu)較低的抗壓(ya)能力(li)，在受到 45% 的壓縮(suo)應(yīng)變時(shí)就(jiu)會(huì)發(fā)生破裂。相(xiang)比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強(qiáng)的(de)機(jī)械性能，因(yin)為它能夠承受(shou)高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而不會(huì)(hui)破裂。隨著PA含(han)量從 0.2 增加到 0.5，有(you)機(jī)水凝膠的壓(ya)縮強(qiáng)度和模量(liang)也隨之增加。這(zhe)種性能的改(gai)善歸因(yin)于PA中羥基所(suo)促成的眾多氫(qing)鍵，這(zhe)些羥基會(huì)與PVA中(zhong)的羥基發(fā)生物(wu)理交聯(lián)(lian)。這些增強(qiáng)(qiang)的分子間相互(hu)作用顯著地(di)改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiáng)度(du)有所(suo)下降，這(zhe)表明(ming)隨著PA含量進(jìn)(jin)一步增加，有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)械(xie)性能出(chu)現(xiàn)了下滑。隨著(zhe)PA過(guò)量增加，更(geng)多的氫(qing)鍵形成，這會(huì)減(jian)少PVA內(nèi)部分(fen)子間的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)(dao)致有機(jī)水(shui)凝膠的網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得(de)疏松。為了進(jìn)(jin)一步探究有(you)機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械(xie)耐久性，我們對(duì)(dui)在應(yīng)力測(cè)試中(zhong)表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠進(jìn)行了循(xun)環(huán)加載 — 卸(xie)載測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠的(de)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(guò) 100 次循(xun)環(huán)后(hou)仍保持一致(zhi)的曲線（疲(pi)勞測(cè)試）便可得(de)到證明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變(bian)下，該有(you)機(jī)水凝膠的(de)應(yīng)力曲線在(zai)經(jīng)過(guò) 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)后(hou)僅顯(xian)示出微小(xiao)的滯后(hou)現(xiàn)象(xiang)。