近日，杭州(zhou)電子科技(ji)大學電子信(xin)息學(xue)院研究人員(yuan)在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二(er)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"的研究性論(lun)文。在該論(lun)文中，研(yan)究人員利用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定有機(ji)水凝膠(jiao)的機械性能(neng)和抗疲勞性(xing)能等(deng)指標(biao)。

自供電壓(ya)電傳感(gan)器能夠有效解(jie)決電子(zi)皮膚的(de)供電問(wen)題。然而，制造出(chu)模量與(yu)人類皮膚相(xiang)似的柔性(xing)傳感(gan)器仍(reng)然頗(po)具挑戰(zhàn)(zhan)性。本文報道(dao)了一種基(ji)于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的(de)有機水凝膠(jiao)作為電子皮(pi)膚用壓(ya)電傳感器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構(gòu)成(cheng)主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進(jin)了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的(de)形成，并(bing)確保了有(you)機水(shui)凝膠(jiao)傳感器的(de)壓電(dian)性能(neng)。聚丙烯酸（PA）通過(guo)與 PVA 形成(cheng)氫鍵來增強交(jiao)聯(lián)密度和(he)機械(xie)性能(neng)，同時還充當膠(jiao)凝劑以減少 PVA 結(jié)(jie)晶。此外，有(you)機溶劑(ji)二甲基亞砜（DMSO）被(bei)引入，為(wei)傳感器賦(fu)予抗凍性能(neng)。該有機水凝(ning)膠在 100 次(ci)壓縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的(de)抗疲(pi)勞性能。而(er)且，有(you)機水凝(ning)膠壓電傳感器(qi)有著令(ling)人矚(zhu)目的約 8 毫秒的(de)響應時間(jian)以及 0-30N的寬(kuan)壓力范圍。再(zai)者，該(gai)壓電有機水凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)出色(se)的抗凍性能，即(ji)便在(zai)低溫下冷(leng)凍 10 天之(zhi)后仍能保(bao)留其(qi)機械和(he)壓電特性(xing)?；?PVDF 的有機水(shui)凝膠(jiao)已被證(zheng)實，在無需外(wai)部電源的情(qing)況下(xia)，對于人體(ti)運動檢測有(you)著重大的應(ying)用潛力(li)。

機械性能對于(yu)壓電有(you)機水凝膠作為(wei)傳感器在電子(zi)皮膚中的應用(yong)尤為重要。為了(le)研究聚丙烯酸(suan)（PA）對有機水凝膠(jiao)機械性能的(de)影響(xiang)，我們對(dui)含有不(bu)同聚丙烯(xi)酸含量的有機(ji)水凝膠(jiao)的彈性性能(neng)進行了(le)測試。在應力-應(ying)變曲線圖(tu)中可以(yi)觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水(shui)凝膠表現(xiàn)出較(jiao)低的抗壓能(neng)力，在受到 45% 的(de)壓縮應(ying)變時就會發(fā)生(sheng)破裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更(geng)強的機械(xie)性能(neng)，因為它能夠(gou)承受高(gao)達 0.17 Mpa的應力(li)而不會(hui)破裂。隨著PA含量(liang)從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有機(ji)水凝膠的(de)壓縮(suo)強度(du)和模量也隨(sui)之增加。這(zhe)種性能的(de)改善(shan)歸因于PA中(zhong)羥基(ji)所促(cu)成的眾(zhong)多氫鍵(jian)，這些羥(qiang)基會與PVA中的(de)羥基發(fā)(fa)生物理交聯(lián)。這(zhe)些增強(qiang)的分子間(jian)相互作用顯著(zhu)地改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝(ning)膠的機(ji)械性能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗(kang)壓強(qiang)度有(you)所下降，這(zhe)表明(ming)隨著PA含量進一(yi)步增加，有機水(shui)凝膠的機(ji)械性能(neng)出現(xiàn)(xian)了下滑。隨(sui)著PA過量增加，更(geng)多的氫鍵(jian)形成，這會(hui)減少PVA內(nèi)部分(fen)子間(jian)的氫(qing)鍵，進而導致(zhi)有機水凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)變得疏松(song)。為了(le)進一步探究有(you)機水凝膠的(de)機械耐久(jiu)性，我們(men)對在應力測試(shi)中表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝膠進(jin)行了循環(huán)加(jia)載 — 卸載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠(jiao)的機械穩(wěn)定性(xing)和抗疲(pi)勞性能(neng)十分出色，這(zhe)從其經(jīng)過(guo) 100 次循(xun)環(huán)后仍(reng)保持一致的曲(qu)線（疲勞測試(shi)）便可得到證明(ming)。在 50% 的壓縮應(ying)變下，該(gai)有機水凝(ning)膠的(de)應力(li)曲線在(zai)經(jīng)過(guo) 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載循(xun)環(huán)后僅顯示(shi)出微小(xiao)的滯(zhi)后現(xiàn)象(xiang)。