近日，杭州電(dian)子科技大學(xué)(xue)電子信息(xi)學(xué)院研究(jiu)人員在國(guó)(guo)際期刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二區(qū)，影響因(yin)子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"的研究性論(lun)文。在該(gai)論文中，研(yan)究人員(yuan)利用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定有機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)(ji)械性能和(he)抗疲勞性能(neng)等指標(biāo)。

自供(gong)電壓(ya)電傳感(gan)器能夠有效解(jie)決電(dian)子皮膚(fu)的供電(dian)問(wèn)題。然而(er)，制造出模量與(yu)人類(lèi)皮(pi)膚相(xiang)似的柔性傳(chuan)感器(qi)仍然(ran)頗具挑戰(zhàn)(zhan)性。本文報(bào)道(dao)了一種基(ji)于聚偏氟乙(yi)烯（PVDF）的有(you)機(jī)水凝膠作(zuo)為電子皮膚用(yong)壓電傳感器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)(luo)，促進(jìn)(jin)了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的(de)形成(cheng)，并確保(bao)了有機(jī)(ji)水凝(ning)膠傳感(gan)器的壓(ya)電性能。聚(ju)丙烯酸（PA）通過(guò)與(yu) PVA 形成氫鍵來(lái)(lai)增強(qiáng)交聯(lián)(lian)密度和機(jī)(ji)械性能，同時(shí)(shi)還充(chong)當(dāng)膠凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此(ci)外，有機(jī)(ji)溶劑二甲(jia)基亞砜（DMSO）被引(yin)入，為(wei)傳感器賦(fu)予抗凍性能。該(gai)有機(jī)水凝(ning)膠在 100 次壓(ya)縮加(jia)載 — 卸(xie)載循環(huán)(huan)后展現(xiàn)出優(yōu)(you)異的抗疲勞(lao)性能。而(er)且，有機(jī)水凝膠(jiao)壓電傳感(gan)器有著令人矚(zhu)目的(de)約 8 毫(hao)秒的響應(yīng)時(shí)(shi)間以及 0-30N的寬壓(ya)力范圍。再者(zhe)，該壓電(dian)有機(jī)水凝膠表(biao)現(xiàn)出出色的抗(kang)凍性(xing)能，即(ji)便在低溫下冷(leng)凍 10 天之后仍(reng)能保留其機(jī)械(xie)和壓電特性(xing)。基于 PVDF 的有機(jī)水(shui)凝膠已被證實(shí)(shi)，在無(wú)需外部電(dian)源的情(qing)況下，對(duì)(dui)于人體運(yùn)(yun)動(dòng)檢(jian)測(cè)有著(zhe)重大的應(yīng)(ying)用潛力。

機(jī)械(xie)性能對(duì)(dui)于壓電有機(jī)(ji)水凝(ning)膠作為傳(chuan)感器在電子皮(pi)膚中的(de)應(yīng)用尤為重(zhong)要。為(wei)了研究聚丙(bing)烯酸（PA）對(duì)有機(jī)水(shui)凝膠機(jī)(ji)械性能的影響(xiang)，我們對(duì)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(xing)能進(jìn)行(xing)了測(cè)試。在應(yīng)(ying)力-應(yīng)(ying)變曲線(xiàn)圖(tu)中可以觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(jī)水凝(ning)膠表現(xiàn)出較低(di)的抗壓能力，在(zai)受到 45% 的(de)壓縮應(yīng)變時(shí)(shi)就會(huì)發(fā)生破(po)裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更(geng)強(qiáng)的機(jī)械性(xing)能，因?yàn)?wei)它能夠承(cheng)受高(gao)達(dá) 0.17 Mpa的應(yīng)力而不(bu)會(huì)破裂。隨著PA含(han)量從 0.2 增加到 0.5，有(you)機(jī)水(shui)凝膠的壓(ya)縮強(qiáng)度和(he)模量(liang)也隨之增加(jia)。這種性(xing)能的改(gai)善歸因于PA中(zhong)羥基所促(cu)成的眾多(duo)氫鍵，這(zhe)些羥基會(huì)與PVA中(zhong)的羥基(ji)發(fā)生(sheng)物理交聯(lián)。這(zhe)些增強(qiáng)的分(fen)子間相互(hu)作用(yong)顯著(zhu)地改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(jī)水凝(ning)膠的機(jī)械(xie)性能。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(jiang)，這表(biao)明隨著PA含量(liang)進(jìn)一步(bu)增加，有機(jī)(ji)水凝膠的機(jī)(ji)械性能出現(xiàn)了(le)下滑。隨(sui)著PA過(guò)(guo)量增加，更(geng)多的氫(qing)鍵形(xing)成，這會(huì)減(jian)少PVA內(nèi)部(bu)分子間的(de)氫鍵，進(jìn)(jin)而導(dǎo)致有機(jī)水(shui)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變得疏(shu)松。為了(le)進(jìn)一步探究有(you)機(jī)水(shui)凝膠的機(jī)械耐(nai)久性，我(wo)們對(duì)(dui)在應(yīng)(ying)力測(cè)試中(zhong)表現(xiàn)(xian)最佳的(de)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水凝膠進(jìn)(jin)行了循環(huán)加(jia)載 — 卸載測(cè)試(shi)。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(jī)水(shui)凝膠的(de)機(jī)械穩(wěn)定性和(he)抗疲勞性(xing)能十分(fen)出色(se)，這從其經(jīng)過(guò) 100 次(ci)循環(huán)后(hou)仍保持(chi)一致的曲線(xiàn)(xian)（疲勞測(cè)(ce)試）便(bian)可得到(dao)證明。在 50% 的壓(ya)縮應(yīng)(ying)變下，該有(you)機(jī)水凝膠(jiao)的應(yīng)(ying)力曲線(xiàn)在經(jīng)(jing)過(guò) 100 次(ci)壓縮加(jia)載 — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯示出微(wei)小的(de)滯后(hou)現(xiàn)象。