近日，杭州(zhou)電子科(ke)技大學(xué)電子信(xin)息學(xué)院研究人員在(zai)國際期刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二區(qū)，影響因(yin)子IF=4.9）發(fā)表了題(ti)為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論文中，研(yan)究人(ren)員利用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于(yu)測定有機水凝(ning)膠的(de)機械(xie)性能和抗疲勞(lao)性能等指(zhi)標。

自供電(dian)壓電傳感器(qi)能夠有效解(jie)決電子皮膚的(de)供電問題(ti)。然而，制造出(chu)模量(liang)與人類皮膚相(xiang)似的柔性(xing)傳感器仍(reng)然頗具挑戰(zhàn)(zhan)性。本文(wen)報道了一種(zhong)基于(yu)聚偏氟乙(yi)烯（PVDF）的有機水凝(ning)膠作為電(dian)子皮(pi)膚用壓電傳感(gan)器。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進(jin)了 PVDF 中電活性 β 相(xiang)的形(xing)成，并確保了有(you)機水(shui)凝膠傳感(gan)器的壓電性能(neng)。聚丙(bing)烯酸（PA）通(tong)過與 PVA 形成(cheng)氫鍵來增強交(jiao)聯(lián)密度和機(ji)械性(xing)能，同時還充(chong)當膠凝劑以(yi)減少(shao) PVA 結(jié)晶(jing)。此外，有機溶(rong)劑二甲基亞砜(feng)（DMSO）被引入，為(wei)傳感器(qi)賦予(yu)抗凍性能(neng)。該有機水凝(ning)膠在 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載循(xun)環(huán)后展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異的抗疲(pi)勞性能(neng)。而且，有機水凝(ning)膠壓(ya)電傳感器有(you)著令人矚(zhu)目的約(yue) 8 毫秒的響應(yīng)(ying)時間以及 0-30N的寬(kuan)壓力范圍。再(zai)者，該壓電有機(ji)水凝膠表(biao)現(xiàn)出出色(se)的抗凍(dong)性能，即(ji)便在(zai)低溫下冷凍(dong) 10 天之(zhi)后仍能保留(liu)其機械(xie)和壓電(dian)特性?；?PVDF 的(de)有機水凝(ning)膠已被證實(shi)，在無需外(wai)部電源的情(qing)況下，對于人(ren)體運動檢測(ce)有著重大的應(yīng)(ying)用潛力。

機械性能對于(yu)壓電有(you)機水凝膠(jiao)作為(wei)傳感器在電(dian)子皮膚中的應(yīng)(ying)用尤(you)為重要(yao)。為了(le)研究(jiu)聚丙烯酸（PA）對(dui)有機水凝膠(jiao)機械性能(neng)的影(ying)響，我們對(dui)含有(you)不同(tong)聚丙烯(xi)酸含量的有機(ji)水凝膠的(de)彈性性(xing)能進行了測(ce)試。在應(yīng)(ying)力-應(yīng)變曲線圖(tu)中可以(yi)觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(ji)水凝(ning)膠表現(xiàn)(xian)出較低(di)的抗(kang)壓能力(li)，在受(shou)到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)(ying)變時就會(hui)發(fā)生破(po)裂。相比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了(le)更強的(de)機械性能(neng)，因為(wei)它能夠承受(shou)高達 0.17 Mpa的應(yīng)(ying)力而不(bu)會破裂。隨(sui)著PA含量從 0.2 增(zeng)加到 0.5，有機水(shui)凝膠的(de)壓縮強(qiang)度和(he)模量也(ye)隨之增加(jia)。這種性能的(de)改善歸因于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)強的分子間相(xiang)互作用顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水凝膠(jiao)的機械(xie)性能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓(ya)強度有所下(xia)降，這(zhe)表明隨著(zhe)PA含量(liang)進一步增(zeng)加，有機(ji)水凝膠的機(ji)械性(xing)能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過量增(zeng)加，更(geng)多的氫鍵形成(cheng)，這會(hui)減少PVA內(nèi)部分子(zi)間的氫鍵，進而(er)導(dǎo)致有機水(shui)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變得(de)疏松。為了進一(yi)步探(tan)究有機水凝(ning)膠的機械耐久(jiu)性，我們對在(zai)應(yīng)力(li)測試中表現(xiàn)(xian)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠進行了(le)循環(huán)加載 — 卸(xie)載測試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝膠的(de)機械穩(wěn)定性和(he)抗疲勞性能(neng)十分出色(se)，這從其(qi)經(jīng)過 100 次循環(huán)后(hou)仍保持(chi)一致的曲線(xian)（疲勞測試(shi)）便可得到證(zheng)明。在 50% 的壓縮(suo)應(yīng)變(bian)下，該有(you)機水凝(ning)膠的應(yīng)力曲(qu)線在(zai)經(jīng)過 100 次壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)后(hou)僅顯(xian)示出微小的滯(zhi)后現(xiàn)象。