近日，杭州(zhou)電子科技大學(xue)電子(zi)信息學院研究人員(yuan)在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)，影響(xiang)因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題(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(lun)文中(zhong)，研究(jiu)人員利用(yong)上海騰拔(ba)Universal TA質構儀用于(yu)測定(ding)有機水凝(ning)膠的機械(xie)性能(neng)和抗疲勞性(xing)能等指標(biao)。

自供電壓電傳(chuan)感器能夠有效(xiao)解決電子皮膚(fu)的供電(dian)問題。然而，制造(zao)出模量(liang)與人(ren)類皮(pi)膚相似(shi)的柔性傳感器(qi)仍然頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本文報道(dao)了一種基于聚(ju)偏氟乙(yi)烯（PVDF）的有機(ji)水凝膠作為(wei)電子皮膚用(yong)壓電傳感器(qi)。聚乙(yi)烯醇（PVA）構(gou)成主(zhu)要網(wǎng)絡，促(cu)進了 PVDF 中電活(huo)性 β 相的(de)形成(cheng)，并確保了有機(ji)水凝膠傳(chuan)感器(qi)的壓電性能(neng)。聚丙烯酸（PA）通(tong)過與 PVA 形成(cheng)氫鍵來增(zeng)強交(jiao)聯(lián)密度和機(ji)械性(xing)能，同時還充當(dang)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結晶。此外，有(you)機溶劑二甲(jia)基亞(ya)砜（DMSO）被(bei)引入，為傳(chuan)感器賦(fu)予抗凍性能。該(gai)有機水凝(ning)膠在(zai) 100 次壓(ya)縮加載(zai) — 卸載(zai)循環(huán)后展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異的抗疲(pi)勞性能。而(er)且，有機水凝膠(jiao)壓電傳感(gan)器有著令(ling)人矚目的約 8 毫(hao)秒的響(xiang)應時間以及 0-30N的(de)寬壓力范(fan)圍。再(zai)者，該壓(ya)電有機(ji)水凝膠表現(xiàn)出(chu)出色的抗凍性(xing)能，即便在低(di)溫下(xia)冷凍 10 天之(zhi)后仍能保(bao)留其機(ji)械和壓電特(te)性?；?ji)于 PVDF 的有機水凝(ning)膠已(yi)被證實(shi)，在無需外部(bu)電源(yuan)的情(qing)況下，對于人(ren)體運(yun)動檢測(ce)有著重大的(de)應用潛力。

機械(xie)性能對(dui)于壓電有(you)機水凝膠(jiao)作為傳感(gan)器在電子(zi)皮膚(fu)中的應用尤為(wei)重要。為了(le)研究聚丙(bing)烯酸（PA）對有(you)機水凝膠機械(xie)性能的影(ying)響，我們對含有(you)不同聚丙烯(xi)酸含量的(de)有機水(shui)凝膠的彈性性(xing)能進(jin)行了(le)測試(shi)。在應力-應變曲(qu)線圖中可以(yi)觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝(ning)膠表現(xiàn)出較低(di)的抗壓能力，在(zai)受到(dao) 45% 的壓縮應變(bian)時就會發(fā)生(sheng)破裂。相比(bi)之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強(qiang)的機(ji)械性能(neng)，因為它(ta)能夠(gou)承受高達 0.17 Mpa的應(ying)力而不會破裂(lie)。隨著PA含(han)量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機水(shui)凝膠(jiao)的壓縮強度(du)和模量也(ye)隨之增加(jia)。這種性能的改(gai)善歸(gui)因于PA中羥基所(suo)促成的眾多氫(qing)鍵，這些羥基會(hui)與PVA中的羥基(ji)發(fā)生物理交聯(lián)(lian)。這些(xie)增強的(de)分子(zi)間相互作用(yong)顯著地改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機水凝(ning)膠的(de)機械性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強度(du)有所下降，這表(biao)明隨著PA含量進(jin)一步增加，有機(ji)水凝膠(jiao)的機械性(xing)能出現(xiàn)了下滑(hua)。隨著PA過量增加(jia)，更多(duo)的氫鍵形成(cheng)，這會減少PVA內(nei)部分(fen)子間(jian)的氫鍵(jian)，進而導(dao)致有(you)機水凝膠的(de)網(wǎng)絡(luo)結構變得疏(shu)松。為了(le)進一步探(tan)究有機水(shui)凝膠(jiao)的機(ji)械耐久性(xing)，我們對在應力(li)測試中表(biao)現(xiàn)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝膠(jiao)進行(xing)了循環(huán)(huan)加載 — 卸載(zai)測試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝膠的(de)機械(xie)穩(wěn)定(ding)性和抗疲勞性(xing)能十分(fen)出色(se)，這從其經過 100 次(ci)循環(huán)后仍保持(chi)一致(zhi)的曲線（疲(pi)勞測(ce)試）便(bian)可得到證明(ming)。在 50% 的壓縮應(ying)變下(xia)，該有機(ji)水凝膠(jiao)的應力曲線(xian)在經過 100 次(ci)壓縮加載(zai) — 卸載循環(huán)(huan)后僅(jin)顯示出微小的(de)滯后現(xiàn)象。