近日，杭州(zhou)電子(zi)科技大學(xué)電子(zi)信息學(xué)院研究人(ren)員在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二區(qū)，影響因(yin)子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論文中(zhong)，研究人員利用(yong)上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測定有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)(ji)械性能和(he)抗疲勞性能(neng)等指標(biāo)。

自供(gong)電壓電傳感(gan)器能夠(gou)有效解決電(dian)子皮膚(fu)的供(gong)電問題。然(ran)而，制造(zao)出模量(liang)與人類皮(pi)膚相似的柔性(xing)傳感(gan)器仍然頗(po)具挑(tiao)戰(zhàn)性(xing)。本文報(bào)道了(le)一種(zhong)基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機(jī)水(shui)凝膠作(zuo)為電子皮膚用(yong)壓電傳(chuan)感器(qi)。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促進(jìn)了 PVDF 中(zhong)電活性 β 相的(de)形成(cheng)，并確保了有(you)機(jī)水凝膠傳感(gan)器的壓(ya)電性能(neng)。聚丙烯酸（PA）通過(guo)與 PVA 形成氫鍵(jian)來增強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度和機(jī)(ji)械性能，同時還(hai)充當(dāng)膠凝(ning)劑以減少 PVA 結(jié)(jie)晶。此外，有機(jī)(ji)溶劑(ji)二甲基亞砜(feng)（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器賦(fu)予抗凍性能。該(gai)有機(jī)水(shui)凝膠在 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載循(xun)環(huán)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)(you)異的抗疲勞性(xing)能。而(er)且，有(you)機(jī)水(shui)凝膠壓電傳(chuan)感器有著(zhe)令人矚目的約(yue) 8 毫秒(miao)的響應(yīng)時間以(yi)及 0-30N的(de)寬壓(ya)力范圍。再者，該(gai)壓電有機(jī)水(shui)凝膠表(biao)現(xiàn)出出(chu)色的抗凍(dong)性能，即便在低(di)溫下冷凍 10 天之(zhi)后仍(reng)能保留其機(jī)械(xie)和壓電特性(xing)?；?PVDF 的有機(jī)水(shui)凝膠已(yi)被證實(shí)，在(zai)無需外(wai)部電源的情(qing)況下，對(dui)于人(ren)體運(yùn)動檢測(ce)有著重大的(de)應(yīng)用潛力(li)。

機(jī)械性能對(dui)于壓(ya)電有機(jī)水凝膠(jiao)作為傳感器在(zai)電子皮膚中的(de)應(yīng)用尤為重要(yao)。為了研究(jiu)聚丙烯酸（PA）對有(you)機(jī)水凝膠(jiao)機(jī)械(xie)性能(neng)的影(ying)響，我們對(dui)含有不(bu)同聚丙烯(xi)酸含量的(de)有機(jī)(ji)水凝膠的彈性(xing)性能進(jìn)行了測(ce)試。在應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線(xian)圖中可以(yi)觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出(chu)較低的抗壓(ya)能力(li)，在受(shou)到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)(ying)變時(shi)就會(hui)發(fā)生破裂。相(xiang)比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更強(qiáng)(qiang)的機(jī)械性能(neng)，因?yàn)樗?ta)能夠承(cheng)受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)力(li)而不會(hui)破裂(lie)。隨著PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有(you)機(jī)水凝(ning)膠的壓縮強(qiáng)(qiang)度和模量(liang)也隨(sui)之增加。這(zhe)種性(xing)能的改(gai)善歸因(yin)于PA中羥基所(suo)促成的眾(zhong)多氫鍵，這些(xie)羥基會(hui)與PVA中(zhong)的羥基發(fā)生(sheng)物理(li)交聯(lián)(lian)。這些增強(qiáng)的分(fen)子間相互作(zuo)用顯著(zhu)地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓(ya)強(qiáng)度有所(suo)下降，這(zhe)表明隨著PA含(han)量進(jìn)(jin)一步增(zeng)加，有(you)機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械性(xing)能出現(xiàn)(xian)了下滑。隨著PA過(guo)量增加(jia)，更多(duo)的氫鍵形成(cheng)，這會(hui)減少PVA內(nèi)部分子(zi)間的氫鍵(jian)，進(jìn)而導(dǎo)(dao)致有機(jī)水(shui)凝膠的網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得疏(shu)松。為了進(jìn)(jin)一步探究(jiu)有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械耐久(jiu)性，我(wo)們對(dui)在應(yīng)(ying)力測試中表現(xiàn)(xian)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠(jiao)進(jìn)行了(le)循環(huán)加載 — 卸載(zai)測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械(xie)穩(wěn)定性(xing)和抗疲勞性能(neng)十分出(chu)色，這從其經(jīng)(jing)過 100 次(ci)循環(huán)后仍保持(chi)一致(zhi)的曲線（疲勞測(ce)試）便可(ke)得到證明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變(bian)下，該有機(jī)水(shui)凝膠的應(yīng)力曲(qu)線在經(jīng)過 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)(huan)后僅顯(xian)示出微小的滯(zhi)后現(xiàn)(xian)象。