近日，杭州(zhou)電子科技大(da)學(xué)電子信息學(xué)(xue)院研究人員在(zai)國(guó)際期刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二(er)區(qū)，影響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論文(wen)。在該(gai)論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定有機(jī)(ji)水凝(ning)膠的機(jī)(ji)械性(xing)能和抗疲勞性(xing)能等指(zhi)標(biāo)。

自供電壓(ya)電傳感器(qi)能夠有效解決(jue)電子皮膚(fu)的供電問(wèn)(wen)題。然而(er)，制造出模量(liang)與人類皮(pi)膚相似的柔(rou)性傳感器(qi)仍然頗(po)具挑(tiao)戰(zhàn)性。本文(wen)報(bào)道(dao)了一種基于聚(ju)偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機(jī)水(shui)凝膠作為(wei)電子皮膚(fu)用壓電傳感(gan)器。聚乙(yi)烯醇（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)(jin)了 PVDF 中(zhong)電活(huo)性 β 相的(de)形成(cheng)，并確保(bao)了有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)傳感(gan)器的壓(ya)電性(xing)能。聚丙烯酸(suan)（PA）通過(guò)與 PVA 形(xing)成氫鍵來(lái)(lai)增強(qiáng)交(jiao)聯(lián)密(mi)度和機(jī)械(xie)性能(neng)，同時(shí)還充(chong)當(dāng)膠(jiao)凝劑以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外(wai)，有機(jī)溶(rong)劑二(er)甲基亞(ya)砜（DMSO）被引入，為(wei)傳感器賦予抗(kang)凍性能。該(gai)有機(jī)水凝膠(jiao)在 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載(zai)循環(huán)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)異的(de)抗疲勞性能(neng)。而且，有機(jī)水凝(ning)膠壓電(dian)傳感器有(you)著令人矚目的(de)約 8 毫秒(miao)的響應(yīng)時(shí)間(jian)以及 0-30N的寬(kuan)壓力(li)范圍。再者(zhe)，該壓電有機(jī)水(shui)凝膠表現(xiàn)出(chu)出色的抗凍(dong)性能(neng)，即便(bian)在低(di)溫下冷凍(dong) 10 天之后仍能(neng)保留其(qi)機(jī)械(xie)和壓(ya)電特性?；?ji)于 PVDF 的有(you)機(jī)水凝膠(jiao)已被證實(shí)，在無(wú)(wu)需外(wai)部電源的情況(kuang)下，對(duì)于人體運(yùn)(yun)動(dòng)檢測(cè)有著重(zhong)大的應(yīng)用潛力(li)。

機(jī)械性能對(duì)(dui)于壓電有(you)機(jī)水(shui)凝膠(jiao)作為傳感器在(zai)電子皮膚中(zhong)的應(yīng)用(yong)尤為(wei)重要。為(wei)了研究(jiu)聚丙(bing)烯酸（PA）對(duì)有機(jī)水(shui)凝膠機(jī)械性能(neng)的影響，我們(men)對(duì)含(han)有不同聚丙烯(xi)酸含量的有(you)機(jī)水(shui)凝膠的彈性性(xing)能進(jìn)行(xing)了測(cè)(ce)試。在應(yīng)力-應(yīng)(ying)變曲線圖中可(ke)以觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出較(jiao)低的抗壓能力(li)，在受(shou)到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變時(shí)就(jiu)會(huì)發(fā)生(sheng)破裂。相比(bi)之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更(geng)強(qiáng)的機(jī)械性能(neng)，因?yàn)樗軌?gou)承受(shou)高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而(er)不會(huì)破裂(lie)。隨著PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有機(jī)(ji)水凝膠的壓(ya)縮強(qiáng)度(du)和模(mo)量也隨之增(zeng)加。這種性(xing)能的改(gai)善歸因于PA中(zhong)羥基所(suo)促成的(de)眾多氫(qing)鍵，這些羥(qiang)基會(huì)與PVA中的羥(qiang)基發(fā)(fa)生物理交聯(lián)(lian)。這些增強(qiáng)(qiang)的分子(zi)間相互(hu)作用顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)械(xie)性能。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，這表明(ming)隨著(zhe)PA含量進(jìn)一(yi)步增(zeng)加，有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)(ji)械性能出(chu)現(xiàn)了下滑(hua)。隨著PA過(guò)量增(zeng)加，更多的(de)氫鍵形成(cheng)，這會(huì)減少(shao)PVA內(nèi)部分(fen)子間的氫(qing)鍵，進(jìn)而導(dǎo)致(zhi)有機(jī)水凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變(bian)得疏松。為了(le)進(jìn)一步探(tan)究有機(jī)水凝(ning)膠的(de)機(jī)械耐久性，我(wo)們對(duì)在應(yīng)力(li)測(cè)試中表現(xiàn)(xian)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝膠進(jìn)(jin)行了循環(huán)加載(zai) — 卸載測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)的機(jī)械穩(wěn)定(ding)性和(he)抗疲勞(lao)性能十分出色(se)，這從其經(jīng)(jing)過(guò) 100 次循環(huán)(huan)后仍保持一(yi)致的曲線(xian)（疲勞測(cè)試）便(bian)可得到(dao)證明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變下(xia)，該有機(jī)水凝(ning)膠的應(yīng)力(li)曲線在經(jīng)(jing)過(guò) 100 次(ci)壓縮(suo)加載 — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯(xian)示出微小的滯(zhi)后現(xiàn)象。