近日(ri)，杭州電子(zi)科技(ji)大學(xué)電子(zi)信息學(xué)院研究人員(yuan)在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二(er)區(qū)，影響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了(le)題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研(yan)究性(xing)論文。在該論文中，研(yan)究人員(yuan)利用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測定有(you)機水凝膠的機(ji)械性能和(he)抗疲勞(lao)性能等指標。

自供電(dian)壓電傳(chuan)感器能(neng)夠有效解決(jue)電子皮(pi)膚的供電問題(ti)。然而，制造出(chu)模量與(yu)人類皮膚(fu)相似的柔性(xing)傳感器仍(reng)然頗具挑戰(zhàn)性(xing)。本文報道了(le)一種基于聚偏(pian)氟乙(yi)烯（PVDF）的有(you)機水凝膠作為(wei)電子皮膚(fu)用壓(ya)電傳感(gan)器。聚乙烯醇（PVA）構(gòu)(gou)成主要網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jin)了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的形(xing)成，并確保了有(you)機水(shui)凝膠傳感器的(de)壓電(dian)性能。聚丙烯(xi)酸（PA）通過與(yu) PVA 形成氫(qing)鍵來增(zeng)強交聯(lián)密(mi)度和機械(xie)性能，同時(shi)還充當(dāng)膠凝劑(ji)以減少 PVA 結(jié)晶。此(ci)外，有機溶劑(ji)二甲基(ji)亞砜(feng)（DMSO）被引(yin)入，為(wei)傳感器賦(fu)予抗凍性(xing)能。該有機(ji)水凝膠在(zai) 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循(xun)環(huán)后(hou)展現(xiàn)(xian)出優(yōu)(you)異的抗疲(pi)勞性能。而且(qie)，有機水(shui)凝膠壓(ya)電傳感器有著(zhe)令人矚(zhu)目的約 8 毫秒的(de)響應(yīng)時間以(yi)及 0-30N的寬(kuan)壓力范(fan)圍。再者，該壓(ya)電有機水凝膠(jiao)表現(xiàn)出出色(se)的抗凍(dong)性能，即便(bian)在低溫下冷凍(dong) 10 天之后仍能(neng)保留其機械和(he)壓電特(te)性?；?ji)于 PVDF 的有(you)機水凝膠已被(bei)證實，在無(wu)需外部電源(yuan)的情況(kuang)下，對于(yu)人體運動(dong)檢測有著重(zhong)大的(de)應(yīng)用潛力。

機械性(xing)能對(dui)于壓(ya)電有機水凝膠(jiao)作為傳(chuan)感器(qi)在電子皮(pi)膚中(zhong)的應(yīng)(ying)用尤為重要(yao)。為了(le)研究聚丙(bing)烯酸（PA）對有機水(shui)凝膠機(ji)械性能的影響(xiang)，我們對含(han)有不同聚丙烯(xi)酸含量(liang)的有機水(shui)凝膠(jiao)的彈性(xing)性能進行(xing)了測(ce)試。在(zai)應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線圖(tu)中可以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出較低(di)的抗壓(ya)能力，在受到(dao) 45% 的壓縮應(yīng)變時(shi)就會發(fā)生破(po)裂。相(xiang)比之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強的機(ji)械性能，因為(wei)它能夠承受(shou)高達(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而(er)不會破裂(lie)。隨著(zhe)PA含量從(cong) 0.2 增加到(dao) 0.5，有機水(shui)凝膠的壓縮強(qiang)度和模量也(ye)隨之增(zeng)加。這種性能(neng)的改善歸因(yin)于PA中(zhong)羥基所(suo)促成的眾多氫(qing)鍵，這些羥基會(hui)與PVA中的羥基發(fā)(fa)生物理(li)交聯(lián)。這些增(zeng)強的(de)分子間(jian)相互作用(yong)顯著地改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水(shui)凝膠的機械(xie)性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強度有(you)所下降(jiang)，這表明隨(sui)著PA含(han)量進一步(bu)增加，有(you)機水凝(ning)膠的機械性能(neng)出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過量增(zeng)加，更(geng)多的(de)氫鍵形(xing)成，這會減(jian)少PVA內(nèi)部(bu)分子間的氫(qing)鍵，進而導(dǎo)致(zhi)有機水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏(shu)松。為了(le)進一步探究(jiu)有機(ji)水凝膠的(de)機械耐久性，我(wo)們對在應(yīng)力測(ce)試中(zhong)表現(xiàn)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝(ning)膠進行了(le)循環(huán)加載 — 卸載(zai)測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠的機(ji)械穩(wěn)定性和(he)抗疲(pi)勞性能(neng)十分出色，這從(cong)其經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)后仍保(bao)持一致的(de)曲線(xian)（疲勞(lao)測試）便可(ke)得到證明。在(zai) 50% 的壓縮(suo)應(yīng)變(bian)下，該有機水凝(ning)膠的應(yīng)力曲線(xian)在經(jīng)過 100 次壓縮(suo)加載(zai) — 卸載循環(huán)后僅(jin)顯示(shi)出微小的滯后(hou)現(xiàn)象。