近日，杭(hang)州電(dian)子科技大學(xué)(xue)電子信(xin)息學(xué)院研究(jiu)人員在國(guó)際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院二(er)區(qū)，影響(xiang)因子(zi)IF=4.9）發(fā)表了題(ti)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(yan)究人(ren)員利用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定有(you)機(jī)水凝膠的(de)機(jī)械性能和抗(kang)疲勞性能等(deng)指標(biāo)(biao)。

自供電壓(ya)電傳(chuan)感器(qi)能夠有(you)效解決電子皮(pi)膚的供電問(wèn)(wen)題。然(ran)而，制造(zao)出模量與(yu)人類(lei)皮膚相似的柔(rou)性傳感(gan)器仍然頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本文(wen)報(bào)道了(le)一種(zhong)基于聚偏(pian)氟乙烯（PVDF）的有機(jī)(ji)水凝膠作(zuo)為電子皮(pi)膚用(yong)壓電傳感(gan)器。聚乙(yi)烯醇（PVA）構(gòu)成(cheng)主要網(wǎng)絡(luò)，促(cu)進(jìn)了 PVDF 中電活(huo)性 β 相的形(xing)成，并確保了有(you)機(jī)水凝(ning)膠傳(chuan)感器的壓電(dian)性能。聚丙烯(xi)酸（PA）通過(guò)與 PVA 形成(cheng)氫鍵來(lái)增強(qiáng)交(jiao)聯(lián)密度和機(jī)(ji)械性能，同時(shí)(shi)還充當(dāng)膠凝劑(ji)以減少 PVA 結(jié)晶(jing)。此外，有機(jī)溶劑(ji)二甲基亞砜(feng)（DMSO）被引(yin)入，為傳感器(qi)賦予抗(kang)凍性能(neng)。該有機(jī)水凝(ning)膠在 100 次(ci)壓縮加(jia)載 — 卸載(zai)循環(huán)后展現(xiàn)出(chu)優(yōu)異的抗(kang)疲勞性能(neng)。而且，有(you)機(jī)水凝膠(jiao)壓電傳(chuan)感器有著令(ling)人矚目的(de)約 8 毫秒的響(xiang)應(yīng)時(shí)間以(yi)及 0-30N的寬壓(ya)力范圍。再(zai)者，該壓電有(you)機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出出色的抗(kang)凍性能，即(ji)便在(zai)低溫下冷凍(dong) 10 天之(zhi)后仍能保留(liu)其機(jī)械(xie)和壓(ya)電特性?；?yu) PVDF 的有機(jī)水凝(ning)膠已被證(zheng)實(shí)，在(zai)無(wú)需外(wai)部電(dian)源的情況下，對(duì)(dui)于人體(ti)運(yùn)動(dòng)(dong)檢測(cè)有(you)著重大的應(yīng)(ying)用潛力(li)。

機(jī)械(xie)性能(neng)對(duì)于壓(ya)電有(you)機(jī)水(shui)凝膠作為傳感(gan)器在(zai)電子皮膚(fu)中的應(yīng)用尤(you)為重(zhong)要。為了研究(jiu)聚丙烯酸(suan)（PA）對(duì)有(you)機(jī)水凝膠機(jī)(ji)械性能(neng)的影響，我們對(duì)(dui)含有不(bu)同聚(ju)丙烯酸含量(liang)的有機(jī)水凝膠(jiao)的彈(dan)性性能進(jìn)行(xing)了測(cè)試。在(zai)應(yīng)力(li)-應(yīng)變曲(qu)線圖中可以觀(guan)察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出較低的抗壓(ya)能力，在受(shou)到 45% 的壓縮應(yīng)變(bian)時(shí)就會(huì)發(fā)生破(po)裂。相比(bi)之下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更(geng)強(qiáng)的(de)機(jī)械性能(neng)，因?yàn)樗?neng)夠承受高達(dá) 0.17 Mpa的(de)應(yīng)力而不(bu)會(huì)破裂。隨著(zhe)PA含量(liang)從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(jī)水凝(ning)膠的壓(ya)縮強(qiáng)度和(he)模量(liang)也隨之(zhi)增加。這種(zhong)性能的改(gai)善歸因(yin)于PA中羥基所促(cu)成的眾多(duo)氫鍵(jian)，這些羥基會(huì)(hui)與PVA中(zhong)的羥(qiang)基發(fā)生(sheng)物理(li)交聯(lián)。這些(xie)增強(qiáng)的分子間(jian)相互作用顯(xian)著地改善了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)(ji)水凝膠(jiao)的機(jī)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)度有所(suo)下降，這表明隨(sui)著PA含量進(jìn)一(yi)步增加(jia)，有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)械(xie)性能出現(xiàn)了下(xia)滑。隨著PA過(guò)量增(zeng)加，更多的(de)氫鍵形(xing)成，這會(huì)減少PVA內(nèi)(nei)部分(fen)子間的(de)氫鍵，進(jìn)而導(dǎo)致(zhi)有機(jī)水(shui)凝膠的網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)變得(de)疏松。為了(le)進(jìn)一步探究(jiu)有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械耐(nai)久性，我們(men)對(duì)在應(yīng)力測(cè)試(shi)中表現(xiàn)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠進(jìn)(jin)行了循(xun)環(huán)加載 — 卸載(zai)測(cè)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)(ji)械穩(wěn)定性(xing)和抗(kang)疲勞性(xing)能十分出色(se)，這從其經(jīng)過(guò)(guo) 100 次循環(huán)后仍(reng)保持一致的(de)曲線（疲勞(lao)測(cè)試）便可(ke)得到證(zheng)明。在 50% 的壓縮應(yīng)(ying)變下，該有機(jī)水(shui)凝膠的應(yīng)力曲(qu)線在經(jīng)(jing)過(guò) 100 次壓縮(suo)加載 — 卸載(zai)循環(huán)后僅(jin)顯示出微小(xiao)的滯后(hou)現(xiàn)象。