近日，杭(hang)州電(dian)子科技(ji)大學(xué)電子信息(xi)學(xué)院研究人員(yuan)在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)(qu)，影響因子(zi)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(wen)。在該論(lun)文中，研究人(ren)員利用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測定有(you)機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械性能和(he)抗疲勞性能(neng)等指標(biāo)。

自供電(dian)壓電傳(chuan)感器能(neng)夠有效解決電(dian)子皮膚的供(gong)電問題。然而，制(zhi)造出模(mo)量與人類皮膚(fu)相似的柔(rou)性傳感器仍然(ran)頗具挑戰(zhàn)(zhan)性。本文(wen)報道了一種(zhong)基于(yu)聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)作為(wei)電子皮膚(fu)用壓電(dian)傳感(gan)器。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)成(cheng)主要網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)(jin)了 PVDF 中電活性(xing) β 相的形成(cheng)，并確保了有(you)機(jī)水凝(ning)膠傳感器(qi)的壓電性能(neng)。聚丙(bing)烯酸(suan)（PA）通過與 PVA 形成氫(qing)鍵來增(zeng)強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度和機(jī)(ji)械性能，同時還(hai)充當(dāng)膠凝(ning)劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此(ci)外，有(you)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。該(gai)有機(jī)水凝膠在(zai) 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出優(yōu)(you)異的(de)抗疲勞性能(neng)。而且，有(you)機(jī)水凝膠壓電(dian)傳感器有(you)著令人矚目的(de)約 8 毫秒的響(xiang)應(yīng)時(shi)間以及 0-30N的寬(kuan)壓力(li)范圍。再者，該壓(ya)電有(you)機(jī)水凝膠表現(xiàn)(xian)出出色(se)的抗(kang)凍性能，即(ji)便在低溫下(xia)冷凍(dong) 10 天之后(hou)仍能保留其(qi)機(jī)械(xie)和壓(ya)電特性?；?ji)于 PVDF 的有機(jī)水(shui)凝膠已被證實(shí)(shi)，在無需(xu)外部電源的情(qing)況下，對(dui)于人體運(yùn)動(dong)檢測(ce)有著重大的(de)應(yīng)用潛力(li)。

機(jī)械性能對(dui)于壓電(dian)有機(jī)水凝膠作(zuo)為傳感(gan)器在電子皮膚(fu)中的應(yīng)(ying)用尤為重要。為(wei)了研究(jiu)聚丙烯(xi)酸（PA）對(dui)有機(jī)(ji)水凝(ning)膠機(jī)(ji)械性能的(de)影響，我們(men)對含有不同(tong)聚丙烯酸含(han)量的有機(jī)(ji)水凝膠的(de)彈性(xing)性能進(jìn)行(xing)了測試。在應(yīng)(ying)力-應(yīng)變曲線(xian)圖中可(ke)以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)(ji)水凝膠表(biao)現(xiàn)出較(jiao)低的抗壓能力(li)，在受到 45% 的壓縮(suo)應(yīng)變時就(jiu)會發(fā)(fa)生破裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更(geng)強(qiáng)的機(jī)械(xie)性能，因?yàn)?wei)它能夠(gou)承受高達(dá) 0.17 Mpa的(de)應(yīng)力而(er)不會破裂。隨著(zhe)PA含量從(cong) 0.2 增加到(dao) 0.5，有機(jī)水凝膠(jiao)的壓(ya)縮強(qiáng)(qiang)度和模量也隨(sui)之增(zeng)加。這種性(xing)能的改善歸因(yin)于PA中(zhong)羥基所促成(cheng)的眾多氫(qing)鍵，這些羥基(ji)會與PVA中(zhong)的羥(qiang)基發(fā)生物理(li)交聯(lián)。這(zhe)些增強(qiáng)的(de)分子(zi)間相互作用顯(xian)著地改(gai)善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)(ji)械性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiáng)度有(you)所下降，這(zhe)表明(ming)隨著PA含量進(jìn)(jin)一步增(zeng)加，有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性(xing)能出現(xiàn)(xian)了下(xia)滑。隨著PA過量增(zeng)加，更多(duo)的氫鍵形成(cheng)，這會減少(shao)PVA內(nèi)部分子(zi)間的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)致有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏松。為(wei)了進(jìn)一步(bu)探究有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械(xie)耐久(jiu)性，我們對在(zai)應(yīng)力(li)測試中(zhong)表現(xiàn)最佳(jia)的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠進(jìn)行了(le)循環(huán)(huan)加載 — 卸載測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械(xie)穩(wěn)定性和(he)抗疲勞性能(neng)十分出(chu)色，這從其(qi)經(jīng)過 100 次循環(huán)(huan)后仍保持(chi)一致的曲(qu)線（疲勞測試）便(bian)可得到證明(ming)。在 50% 的壓縮(suo)應(yīng)變下(xia)，該有機(jī)(ji)水凝(ning)膠的應(yīng)(ying)力曲線在(zai)經(jīng)過 100 次壓縮加(jia)載 — 卸(xie)載循(xun)環(huán)后(hou)僅顯示(shi)出微(wei)小的滯后現(xiàn)(xian)象。