近日，杭(hang)州電(dian)子科技大(da)學(xué)電子信息(xi)學(xué)院(yuan)研究人員在(zai)國際期刊(kan)《Microchemical Journal》（中科院二區(qū)，影(ying)響因子(zi)IF=4.9）發(fā)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。在該論(lun)文中，研究人(ren)員利用上(shang)海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)和抗疲勞性(xing)能等指標(biāo)。

自供電壓(ya)電傳感(gan)器能(neng)夠有(you)效解決(jue)電子皮膚的(de)供電問題(ti)。然而(er)，制造出模量與(yu)人類(lei)皮膚相似(shi)的柔性(xing)傳感器仍然(ran)頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本文報(bào)道(dao)了一種(zhong)基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機(jī)水(shui)凝膠作(zuo)為電(dian)子皮(pi)膚用壓電傳(chuan)感器。聚乙(yi)烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的(de)形成，并(bing)確保了(le)有機(jī)(ji)水凝膠傳感器(qi)的壓電性(xing)能。聚(ju)丙烯酸(suan)（PA）通過與(yu) PVA 形成氫鍵來(lai)增強(qiáng)(qiang)交聯(lián)密度和(he)機(jī)械性(xing)能，同時(shí)還充(chong)當(dāng)膠凝劑(ji)以減少(shao) PVA 結(jié)晶。此外，有(you)機(jī)溶劑二(er)甲基亞砜（DMSO）被引(yin)入，為傳感器賦(fu)予抗凍性能(neng)。該有機(jī)水凝(ning)膠在 100 次壓(ya)縮加(jia)載 — 卸載(zai)循環(huán)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異(yi)的抗疲勞性能(neng)。而且(qie)，有機(jī)水凝膠(jiao)壓電傳(chuan)感器有(you)著令人矚(zhu)目的約 8 毫秒(miao)的響應(yīng)時(shí)(shi)間以及 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)出色的抗凍性(xing)能，即便在(zai)低溫下冷(leng)凍 10 天(tian)之后(hou)仍能保(bao)留其(qi)機(jī)械(xie)和壓電特性(xing)?；?PVDF 的有機(jī)水(shui)凝膠已被(bei)證實(shí)(shi)，在無需外部(bu)電源的情(qing)況下，對(duì)于人體(ti)運(yùn)動(dòng)檢測有(you)著重大的應(yīng)用(yong)潛力。

機(jī)械性能對(duì)(dui)于壓電有(you)機(jī)水凝膠作為(wei)傳感器在電子(zi)皮膚中(zhong)的應(yīng)(ying)用尤為重要。為(wei)了研究聚丙(bing)烯酸（PA）對(duì)有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)機(jī)械(xie)性能(neng)的影(ying)響，我們對(duì)含(han)有不同聚(ju)丙烯酸(suan)含量的(de)有機(jī)水凝膠的(de)彈性性能(neng)進(jìn)行了測試(shi)。在應(yīng)力-應(yīng)變曲(qu)線圖中可以觀(guan)察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)出較(jiao)低的抗壓能(neng)力，在(zai)受到 45% 的壓縮(suo)應(yīng)變時(shí)就會(huì)發(fā)(fa)生破裂。相比(bi)之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強(qiáng)的機(jī)(ji)械性能(neng)，因?yàn)樗?ta)能夠承受(shou)高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而(er)不會(huì)破裂。隨著(zhe)PA含量從 0.2 增加到(dao) 0.5，有機(jī)(ji)水凝膠的壓縮(suo)強(qiáng)度和模(mo)量也隨之增(zeng)加。這種性(xing)能的(de)改善歸(gui)因于PA中羥基所(suo)促成的(de)眾多氫鍵，這些(xie)羥基會(huì)與PVA中的(de)羥基發(fā)生物(wu)理交聯(lián)。這些(xie)增強(qiáng)的分子間(jian)相互作用(yong)顯著地改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能(neng)。與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，這(zhe)表明(ming)隨著PA含量(liang)進(jìn)一步增加(jia)，有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械性能出(chu)現(xiàn)了下滑。隨著(zhe)PA過量增(zeng)加，更多的氫(qing)鍵形成，這會(huì)減(jian)少PVA內(nèi)部(bu)分子(zi)間的氫(qing)鍵，進(jìn)而導(dǎo)(dao)致有機(jī)水凝(ning)膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變得(de)疏松。為了進(jìn)一(yi)步探究有(you)機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)(ji)械耐久(jiu)性，我們對(duì)在(zai)應(yīng)力測試中表(biao)現(xiàn)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠進(jìn)行了循(xun)環(huán)加載 — 卸(xie)載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠的(de)機(jī)械(xie)穩(wěn)定(ding)性和抗疲(pi)勞性(xing)能十分(fen)出色，這從其經(jīng)(jing)過 100 次循環(huán)后仍(reng)保持一致(zhi)的曲線(xian)（疲勞測(ce)試）便(bian)可得到證明。在(zai) 50% 的壓(ya)縮應(yīng)變(bian)下，該有(you)機(jī)水凝膠的(de)應(yīng)力曲線(xian)在經(jīng)過 100 次(ci)壓縮(suo)加載(zai) — 卸載循環(huán)后(hou)僅顯示出(chu)微小的(de)滯后(hou)現(xiàn)象(xiang)。