近日，杭州電(dian)子科技大(da)學(xué)電子信息(xi)學(xué)院研究人員(yuan)在國際期刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院二區(qū)，影(ying)響因(yin)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(jiu)性論文(wen)。在該論文中，研(yan)究人(ren)員利用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于(yu)測定(ding)有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械性能和抗(kang)疲勞性能等(deng)指標(biāo)。

自供電壓(ya)電傳感器(qi)能夠有效解(jie)決電子皮(pi)膚的供電(dian)問題(ti)。然而，制造(zao)出模量與人類(lei)皮膚相(xiang)似的柔性傳(chuan)感器仍然頗具(ju)挑戰(zhàn)性。本文(wen)報(bào)道(dao)了一種基(ji)于聚偏氟乙烯(xi)（PVDF）的有(you)機(jī)水凝(ning)膠作(zuo)為電子(zi)皮膚用(yong)壓電傳感器(qi)。聚乙(yi)烯醇（PVA）構(gòu)成主要(yao)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(le)有機(jī)(ji)水凝膠傳感器(qi)的壓電性能。聚(ju)丙烯酸（PA）通過與(yu) PVA 形成氫鍵(jian)來增(zeng)強(qiáng)交(jiao)聯(lián)密度和(he)機(jī)械性(xing)能，同時(shí)還充當(dāng)(dang)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶(jing)。此外，有機(jī)溶(rong)劑二(er)甲基(ji)亞砜（DMSO）被引入(ru)，為傳感(gan)器賦予抗(kang)凍性能。該有機(jī)(ji)水凝(ning)膠在(zai) 100 次壓縮加載(zai) — 卸載(zai)循環(huán)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的抗疲(pi)勞性能(neng)。而且，有機(jī)水(shui)凝膠壓(ya)電傳感器有著(zhe)令人矚(zhu)目的(de)約 8 毫秒(miao)的響應(yīng)時(shí)(shi)間以及 0-30N的寬壓(ya)力范圍。再者，該(gai)壓電有(you)機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出(chu)出色的抗凍性(xing)能，即便(bian)在低溫(wen)下冷凍 10 天之(zhi)后仍能(neng)保留(liu)其機(jī)(ji)械和壓電(dian)特性。基于 PVDF 的(de)有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)已被證(zheng)實(shí)，在(zai)無需(xu)外部(bu)電源(yuan)的情況(kuang)下，對于人(ren)體運(yùn)動檢測有(you)著重大(da)的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械性能對(dui)于壓電有(you)機(jī)水凝膠作為(wei)傳感器在電(dian)子皮膚中的應(yīng)(ying)用尤為重(zhong)要。為了研(yan)究聚丙(bing)烯酸（PA）對有機(jī)水(shui)凝膠機(jī)械性(xing)能的影響，我(wo)們對含有不(bu)同聚丙烯酸含(han)量的(de)有機(jī)(ji)水凝膠的(de)彈性(xing)性能進(jìn)行了(le)測試。在應(yīng)力(li)-應(yīng)變曲線圖中(zhong)可以(yi)觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出(chu)較低的抗壓能(neng)力，在受到(dao) 45% 的壓縮應(yīng)(ying)變時(shí)就(jiu)會發(fā)生破裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了(le)更強(qiáng)(qiang)的機(jī)械性(xing)能，因(yin)為它(ta)能夠承受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)(ying)力而(er)不會破裂(lie)。隨著(zhe)PA含量從(cong) 0.2 增加到 0.5，有機(jī)水(shui)凝膠的壓(ya)縮強(qiáng)度和(he)模量也隨之(zhi)增加。這種性(xing)能的改善歸(gui)因于PA中(zhong)羥基(ji)所促(cu)成的眾多(duo)氫鍵(jian)，這些(xie)羥基會與PVA中的(de)羥基發(fā)生物理(li)交聯(lián)。這些增強(qiáng)(qiang)的分(fen)子間相互作(zuo)用顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水(shui)凝膠的(de)機(jī)械性能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強(qiáng)(qiang)度有所下降(jiang)，這表明(ming)隨著(zhe)PA含量(liang)進(jìn)一步增加(jia)，有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械(xie)性能(neng)出現(xiàn)了(le)下滑(hua)。隨著PA過量(liang)增加，更(geng)多的氫(qing)鍵形成，這會(hui)減少(shao)PVA內(nèi)部(bu)分子(zi)間的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)致(zhi)有機(jī)水(shui)凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變得疏(shu)松。為了進(jìn)(jin)一步探(tan)究有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(ji)械耐久性，我們(men)對在應(yīng)(ying)力測(ce)試中(zhong)表現(xiàn)(xian)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠進(jìn)行了循(xun)環(huán)加(jia)載 — 卸載測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝膠的(de)機(jī)械穩(wěn)定性和(he)抗疲勞性(xing)能十分出(chu)色，這從其經(jīng)過(guo) 100 次循環(huán)后仍保(bao)持一致(zhi)的曲線（疲勞(lao)測試）便可得(de)到證明。在 50% 的(de)壓縮應(yīng)變(bian)下，該有機(jī)水(shui)凝膠的(de)應(yīng)力曲線在(zai)經(jīng)過 100 次壓縮加(jia)載 — 卸(xie)載循(xun)環(huán)后僅(jin)顯示出微(wei)小的滯后現(xiàn)象(xiang)。