近日，杭州電子(zi)科技大學(xue)電子信(xin)息學院研究人員在國(guo)際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)(qu)，影響因子IF=4.9）發(fā)表(biao)了題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究(jiu)性論文。在該(gai)論文中，研(yan)究人員利用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質構儀用(yong)于測(ce)定有(you)機水凝膠的(de)機械(xie)性能和抗疲勞(lao)性能等指標。

自供電壓(ya)電傳感器能夠(gou)有效解(jie)決電子(zi)皮膚(fu)的供電問(wen)題。然(ran)而，制造出模量(liang)與人類皮膚相(xiang)似的(de)柔性(xing)傳感器(qi)仍然頗具挑(tiao)戰(zhàn)性(xing)。本文報道了一(yi)種基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有(you)機水凝膠作(zuo)為電子皮膚(fu)用壓電傳感器(qi)。聚乙(yi)烯醇（PVA）構成主要(yao)網絡，促進了(le) PVDF 中電活性 β 相(xiang)的形(xing)成，并確保了(le)有機水凝膠傳(chuan)感器的壓電性(xing)能。聚丙烯酸（PA）通(tong)過與 PVA 形成氫(qing)鍵來增強交聯(lián)(lian)密度和機械性(xing)能，同時(shi)還充當膠(jiao)凝劑以減少(shao) PVA 結晶。此(ci)外，有(you)機溶劑二甲(jia)基亞砜(feng)（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器賦予(yu)抗凍性(xing)能。該(gai)有機水凝(ning)膠在(zai) 100 次壓(ya)縮加載(zai) — 卸載循環(huán)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)異的抗(kang)疲勞性能(neng)。而且，有機水凝(ning)膠壓電傳感器(qi)有著令人矚(zhu)目的約 8 毫秒的(de)響應時間以及(ji) 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)出出色(se)的抗(kang)凍性能(neng)，即便在(zai)低溫(wen)下冷(leng)凍 10 天之后(hou)仍能保留其機(ji)械和壓(ya)電特性(xing)?；?PVDF 的有機水(shui)凝膠已被證(zheng)實，在無需外部(bu)電源的情(qing)況下，對于人體(ti)運動(dong)檢測有著重大(da)的應用潛(qian)力。

機械性能(neng)對于壓電(dian)有機水凝膠作(zuo)為傳感(gan)器在(zai)電子皮膚中(zhong)的應用(yong)尤為(wei)重要。為了研究(jiu)聚丙(bing)烯酸(suan)（PA）對有機水(shui)凝膠機(ji)械性能的影響(xiang)，我們對含有(you)不同聚丙(bing)烯酸含量(liang)的有機(ji)水凝(ning)膠的彈(dan)性性(xing)能進行了測試(shi)。在應力-應變(bian)曲線圖(tu)中可(ke)以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝膠表(biao)現(xiàn)出較(jiao)低的抗壓(ya)能力，在(zai)受到(dao) 45% 的壓縮應變時(shi)就會發(fā)生破裂(lie)。相比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更強的(de)機械性能，因為(wei)它能(neng)夠承受(shou)高達 0.17 Mpa的應力而(er)不會(hui)破裂。隨著PA含(han)量從 0.2 增加到 0.5，有(you)機水(shui)凝膠的壓(ya)縮強度(du)和模量(liang)也隨之增(zeng)加。這種(zhong)性能的改(gai)善歸因(yin)于PA中羥(qiang)基所促成的(de)眾多氫(qing)鍵，這(zhe)些羥基(ji)會與PVA中(zhong)的羥基發(fā)生物(wu)理交聯(lián)(lian)。這些增強(qiang)的分子間相(xiang)互作用(yong)顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝(ning)膠的(de)機械性(xing)能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗(kang)壓強度有所下(xia)降，這表(biao)明隨著PA含量進(jin)一步增加，有(you)機水凝膠(jiao)的機械(xie)性能出現(xiàn)了(le)下滑。隨著PA過(guo)量增加，更多(duo)的氫鍵形(xing)成，這會減少PVA內(nei)部分子間的(de)氫鍵，進而(er)導致有機水(shui)凝膠(jiao)的網絡(luo)結構變(bian)得疏(shu)松。為了(le)進一步(bu)探究有機水(shui)凝膠的機(ji)械耐久性，我(wo)們對在應(ying)力測試中表(biao)現(xiàn)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝膠(jiao)進行了(le)循環(huán)加載(zai) — 卸載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝膠(jiao)的機械穩(wěn)定(ding)性和抗疲(pi)勞性能十(shi)分出色(se)，這從其(qi)經過(guo) 100 次循環(huán)后仍保(bao)持一(yi)致的曲線（疲(pi)勞測試）便(bian)可得到證明。在(zai) 50% 的壓縮應變下(xia)，該有機水凝膠(jiao)的應(ying)力曲線(xian)在經過 100 次(ci)壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯(xian)示出微小(xiao)的滯后現(xiàn)象(xiang)。