近日(ri)，杭州電子(zi)科技大(da)學(xué)電子信(xin)息學(xué)院研究人員(yuan)在國(guo)際期刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區(qū)，影(ying)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)。在該論文中，研(yan)究人(ren)員利用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定(ding)有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械性能(neng)和抗疲(pi)勞性(xing)能等指標(biāo)(biao)。

自供電(dian)壓電傳感器(qi)能夠有效解(jie)決電(dian)子皮(pi)膚的供電(dian)問題。然而，制(zhi)造出模量與(yu)人類皮膚相似(shi)的柔(rou)性傳(chuan)感器仍然頗具(ju)挑戰(zhàn)性。本文報(bào)(bao)道了一(yi)種基于聚偏(pian)氟乙烯(xi)（PVDF）的有機(jī)水凝膠(jiao)作為電子(zi)皮膚用(yong)壓電傳感器。聚(ju)乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)了 PVDF 中(zhong)電活性 β 相(xiang)的形(xing)成，并(bing)確保了有機(jī)水(shui)凝膠傳感(gan)器的壓(ya)電性能。聚(ju)丙烯酸（PA）通過與(yu) PVA 形成氫鍵(jian)來增強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度和機(jī)械(xie)性能，同時(shí)還充(chong)當(dāng)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此外(wai)，有機(jī)溶(rong)劑二(er)甲基亞(ya)砜（DMSO）被引入(ru)，為傳感器賦(fu)予抗凍(dong)性能。該(gai)有機(jī)水(shui)凝膠在 100 次(ci)壓縮加(jia)載 — 卸(xie)載循環(huán)后(hou)展現(xiàn)出優(yōu)(you)異的抗(kang)疲勞性能。而且(qie)，有機(jī)水凝(ning)膠壓(ya)電傳感器(qi)有著令人(ren)矚目的約(yue) 8 毫秒的(de)響應(yīng)時(shí)間以(yi)及 0-30N的寬壓力(li)范圍。再者(zhe)，該壓電有(you)機(jī)水(shui)凝膠表現(xiàn)(xian)出出色的抗凍(dong)性能，即便在(zai)低溫下(xia)冷凍 10 天之后仍(reng)能保留(liu)其機(jī)械和(he)壓電(dian)特性。基于(yu) PVDF 的有(you)機(jī)水凝膠(jiao)已被證實(shí)，在無(wu)需外部電(dian)源的情況下，對(duì)(dui)于人體運(yùn)動(dòng)檢(jian)測有著重(zhong)大的應(yīng)用(yong)潛力。

機(jī)械性能對(duì)于(yu)壓電有(you)機(jī)水凝膠(jiao)作為傳感器在(zai)電子皮膚(fu)中的應(yīng)用尤(you)為重要(yao)。為了(le)研究聚丙烯(xi)酸（PA）對(duì)有(you)機(jī)水凝(ning)膠機(jī)械性能的(de)影響，我們對(duì)(dui)含有(you)不同聚丙烯(xi)酸含量(liang)的有機(jī)水凝膠(jiao)的彈性性能(neng)進(jìn)行了測(ce)試。在應(yīng)力(li)-應(yīng)變曲(qu)線圖中可以(yi)觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)出較低的(de)抗壓能力(li)，在受(shou)到 45% 的(de)壓縮應(yīng)(ying)變時(shí)(shi)就會(huì)發(fā)(fa)生破裂。相比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更強(qiáng)(qiang)的機(jī)(ji)械性能，因?yàn)?wei)它能(neng)夠承受高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而不會(huì)(hui)破裂(lie)。隨著PA含(han)量從(cong) 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(jī)水凝(ning)膠的壓縮強(qiáng)度(du)和模量(liang)也隨之(zhi)增加。這種(zhong)性能的(de)改善歸因(yin)于PA中羥(qiang)基所促成的眾(zhong)多氫鍵，這些羥(qiang)基會(huì)與PVA中(zhong)的羥基(ji)發(fā)生物理交(jiao)聯(lián)。這些增強(qiáng)的(de)分子間相互(hu)作用顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機(jī)水凝膠的機(jī)(ji)械性(xing)能。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗(kang)壓強(qiáng)度(du)有所(suo)下降，這表明(ming)隨著(zhe)PA含量進(jìn)一(yi)步增加，有機(jī)水(shui)凝膠(jiao)的機(jī)械性(xing)能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著(zhe)PA過量(liang)增加，更多的(de)氫鍵形(xing)成，這會(huì)減少(shao)PVA內(nèi)部分(fen)子間的(de)氫鍵(jian)，進(jìn)而導(dǎo)致有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏松(song)。為了進(jìn)一(yi)步探(tan)究有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)(ji)械耐久性，我(wo)們對(duì)(dui)在應(yīng)力測試中(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(xing)了循環(huán)加(jia)載 — 卸載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械(xie)穩(wěn)定(ding)性和抗疲勞性(xing)能十(shi)分出(chu)色，這(zhe)從其經(jīng)過(guo) 100 次循環(huán)后仍(reng)保持一(yi)致的曲線（疲(pi)勞測試(shi)）便可得到(dao)證明(ming)。在 50% 的(de)壓縮(suo)應(yīng)變下，該(gai)有機(jī)(ji)水凝(ning)膠的應(yīng)力曲(qu)線在經(jīng)過 100 次(ci)壓縮加載(zai) — 卸載循環(huán)后僅(jin)顯示出(chu)微小的滯后(hou)現(xiàn)象。