近日(ri)，杭州電子(zi)科技(ji)大學(xué)(xue)電子信息學(xué)(xue)院研究人員(yuan)在國(guó)際(ji)期刊《Microchemical Journal》（中(zhong)科院(yuan)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"的研究性論(lun)文。在該(gai)論文中，研究人(ren)員利用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定有(you)機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械(xie)性能和抗疲勞(lao)性能等指標(biāo)。

自供電(dian)壓電傳感器(qi)能夠(gou)有效解決(jue)電子皮膚的(de)供電問(wèn)題。然(ran)而，制造出模量(liang)與人類(lei)皮膚相(xiang)似的(de)柔性傳感(gan)器仍然(ran)頗具(ju)挑戰(zhàn)(zhan)性。本文報(bào)(bao)道了(le)一種(zhong)基于聚(ju)偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機(jī)(ji)水凝膠作(zuo)為電子(zi)皮膚用壓(ya)電傳感器。聚乙(yi)烯醇（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促(cu)進(jìn)了 PVDF 中電(dian)活性 β 相(xiang)的形成(cheng)，并確保了有機(jī)(ji)水凝膠傳感(gan)器的壓電(dian)性能。聚丙(bing)烯酸(suan)（PA）通過(guò)與 PVA 形成(cheng)氫鍵來(lái)(lai)增強(qiáng)交聯(lián)密(mi)度和機(jī)械性(xing)能，同時(shí)(shi)還充當(dāng)膠凝(ning)劑以減少 PVA 結(jié)(jie)晶。此外，有機(jī)溶(rong)劑二甲基亞(ya)砜（DMSO）被引入，為(wei)傳感器賦予(yu)抗凍性(xing)能。該有機(jī)水凝(ning)膠在 100 次(ci)壓縮加載(zai) — 卸載循環(huán)(huan)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)異(yi)的抗疲勞性(xing)能。而且，有機(jī)(ji)水凝膠壓電傳(chuan)感器(qi)有著(zhe)令人矚目的約(yue) 8 毫秒的響應(yīng)時(shí)(shi)間以及(ji) 0-30N的寬壓力范(fan)圍。再者，該壓(ya)電有機(jī)(ji)水凝膠表(biao)現(xiàn)出(chu)出色的抗凍性(xing)能，即(ji)便在低溫下(xia)冷凍(dong) 10 天之后(hou)仍能保(bao)留其機(jī)械和(he)壓電特性?；?ji)于 PVDF 的有機(jī)水凝(ning)膠已被證實(shí)(shi)，在無(wú)需外(wai)部電(dian)源的(de)情況下，對(duì)(dui)于人體運(yùn)動(dòng)(dong)檢測(cè)有著重大(da)的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械性(xing)能對(duì)于壓電有(you)機(jī)水凝膠(jiao)作為傳感器(qi)在電(dian)子皮膚中(zhong)的應(yīng)用尤為重(zhong)要。為(wei)了研(yan)究聚丙烯酸（PA）對(duì)(dui)有機(jī)水凝(ning)膠機(jī)械性能(neng)的影響，我(wo)們對(duì)含(han)有不同聚(ju)丙烯酸含(han)量的有(you)機(jī)水凝(ning)膠的彈性(xing)性能進(jìn)行了(le)測(cè)試。在應(yīng)力-應(yīng)(ying)變曲線(xian)圖中可以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出較低的抗(kang)壓能力，在受(shou)到 45% 的壓縮(suo)應(yīng)變時(shí)(shi)就會(huì)發(fā)生破裂(lie)。相比(bi)之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了(le)更強(qiáng)的機(jī)(ji)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(huì)破裂(lie)。隨著PA含量(liang)從 0.2 增加到(dao) 0.5，有機(jī)水凝膠(jiao)的壓(ya)縮強(qiáng)度和模量(liang)也隨之增(zeng)加。這種性(xing)能的改善歸因(yin)于PA中羥(qiang)基所(suo)促成的眾多(duo)氫鍵，這(zhe)些羥基(ji)會(huì)與(yu)PVA中的羥基發(fā)生(sheng)物理交聯(lián)(lian)。這些(xie)增強(qiáng)的分子間(jian)相互作用顯著(zhu)地改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械(xie)性能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓(ya)強(qiáng)度(du)有所(suo)下降，這(zhe)表明隨著PA含(han)量進(jìn)一步(bu)增加，有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械性(xing)能出現(xiàn)(xian)了下滑。隨著PA過(guò)(guo)量增加，更(geng)多的氫鍵形成(cheng)，這會(huì)減少(shao)PVA內(nèi)部分子間(jian)的氫鍵，進(jìn)而(er)導(dǎo)致有機(jī)水凝(ning)膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得(de)疏松。為了進(jìn)一(yi)步探究有機(jī)水(shui)凝膠的(de)機(jī)械耐久性(xing)，我們對(duì)(dui)在應(yīng)力(li)測(cè)試中(zhong)表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)(ji)水凝膠進(jìn)行了(le)循環(huán)加載 — 卸(xie)載測(cè)試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)(ji)械穩(wěn)定性(xing)和抗疲勞(lao)性能(neng)十分(fen)出色，這(zhe)從其經(jīng)(jing)過(guò) 100 次循(xun)環(huán)后仍(reng)保持一致的(de)曲線（疲勞測(cè)試(shi)）便可得到證(zheng)明。在(zai) 50% 的壓縮應(yīng)(ying)變下，該有機(jī)水(shui)凝膠的應(yīng)(ying)力曲(qu)線在經(jīng)過(guò) 100 次(ci)壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯示(shi)出微小的滯后(hou)現(xiàn)象。