近日(ri)，杭州電子科(ke)技大學(xué)電(dian)子信息學(xué)(xue)院研究人員在(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(le)題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研(yan)究性論(lun)文。在該論文中，研(yan)究人(ren)員利用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測定(ding)有機(jī)水凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)性能(neng)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(jie)決電子皮(pi)膚的供電(dian)問題。然(ran)而，制(zhi)造出模(mo)量與人(ren)類皮(pi)膚相似的柔(rou)性傳感器仍然(ran)頗具挑戰(zhàn)性(xing)。本文(wen)報(bào)道了一種基(ji)于聚偏氟乙烯(xi)（PVDF）的有機(jī)水(shui)凝膠作為(wei)電子(zi)皮膚用壓電傳(chuan)感器。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)(jin)了 PVDF 中電活(huo)性 β 相(xiang)的形(xing)成，并確保了有(you)機(jī)水(shui)凝膠(jiao)傳感器的(de)壓電性能。聚丙(bing)烯酸（PA）通過(guo)與 PVA 形成氫鍵來(lai)增強(qiáng)交(jiao)聯(lián)密度和機(jī)械(xie)性能(neng)，同時(shí)還(hai)充當(dāng)(dang)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶(jing)。此外，有機(jī)溶劑(ji)二甲基亞砜（DMSO）被(bei)引入，為傳感(gan)器賦予抗(kang)凍性能(neng)。該有機(jī)水凝(ning)膠在 100 次(ci)壓縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的抗(kang)疲勞性能。而(er)且，有(you)機(jī)水凝膠壓電(dian)傳感器有(you)著令人矚目的(de)約 8 毫(hao)秒的(de)響應(yīng)時(shí)間以(yi)及 0-30N的寬壓力范(fan)圍。再者(zhe)，該壓電有機(jī)水(shui)凝膠表(biao)現(xiàn)出(chu)出色(se)的抗凍性(xing)能，即便在低(di)溫下冷(leng)凍 10 天之后(hou)仍能保(bao)留其機(jī)(ji)械和壓電特(te)性?；?PVDF 的(de)有機(jī)(ji)水凝(ning)膠已被證實(shí)(shi)，在無需外部電(dian)源的(de)情況下，對(duì)(dui)于人體運(yùn)(yun)動(dòng)檢測有著(zhe)重大的應(yīng)用潛(qian)力。

機(jī)械(xie)性能對(duì)于(yu)壓電(dian)有機(jī)水(shui)凝膠作為傳(chuan)感器在電子(zi)皮膚中的(de)應(yīng)用尤(you)為重要(yao)。為了研究聚(ju)丙烯酸（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)(dui)含有(you)不同聚丙烯酸(suan)含量的(de)有機(jī)水凝膠(jiao)的彈(dan)性性能(neng)進(jìn)行了測(ce)試。在應(yīng)力-應(yīng)(ying)變曲線圖中(zhong)可以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)(ji)水凝(ning)膠表現(xiàn)出較(jiao)低的(de)抗壓(ya)能力(li)，在受到 45% 的壓(ya)縮應(yīng)變(bian)時(shí)就會(huì)發(fā)生破(po)裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更(geng)強(qiáng)的機(jī)(ji)械性能，因?yàn)樗?ta)能夠承受高達(dá)(da) 0.17 Mpa的應(yīng)力而(er)不會(huì)破裂。隨(sui)著PA含量從(cong) 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(jī)水凝(ning)膠的壓縮強(qiáng)(qiang)度和模量(liang)也隨之增加。這(zhe)種性能的(de)改善歸因(yin)于PA中羥基所促(cu)成的眾多氫(qing)鍵，這些羥基會(huì)(hui)與PVA中的羥基(ji)發(fā)生物(wu)理交聯(lián)。這(zhe)些增強(qiáng)的(de)分子間相互(hu)作用顯著地改(gai)善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝(ning)膠的機(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(you)所下降(jiang)，這表(biao)明隨著PA含(han)量進(jìn)一步(bu)增加，有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(ji)械性能出(chu)現(xiàn)了下滑(hua)。隨著PA過(guo)量增加，更(geng)多的氫鍵形(xing)成，這會(huì)減少PVA內(nèi)(nei)部分子間(jian)的氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)(dao)致有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)變得疏(shu)松。為了進(jìn)(jin)一步探究有(you)機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械耐久(jiu)性，我們(men)對(duì)在應(yīng)(ying)力測(ce)試中表現(xiàn)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠進(jìn)(jin)行了循環(huán)加(jia)載 — 卸(xie)載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械穩(wěn)(wen)定性(xing)和抗疲(pi)勞性能十分(fen)出色，這從其經(jīng)(jing)過 100 次循環(huán)(huan)后仍保持一致(zhi)的曲線（疲勞(lao)測試）便可得(de)到證明(ming)。在 50% 的壓縮應(yīng)(ying)變下，該有機(jī)(ji)水凝膠的(de)應(yīng)力曲線在(zai)經(jīng)過(guo) 100 次壓(ya)縮加載 — 卸載(zai)循環(huán)后僅顯示(shi)出微小的(de)滯后現(xiàn)(xian)象。