近日，杭(hang)州電子科(ke)技大學電子信(xin)息學院研究人(ren)員在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院二(er)區(qū)，影(ying)響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性(xing)論文。在該論文中(zhong)，研究人員(yuan)利用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構儀用(yong)于測定有機(ji)水凝膠的機(ji)械性能(neng)和抗(kang)疲勞性能等指(zhi)標。

自供電(dian)壓電傳感器(qi)能夠有效解決(jue)電子皮(pi)膚的供電問題(ti)。然而(er)，制造(zao)出模量與人類(lei)皮膚相似的柔(rou)性傳感器(qi)仍然(ran)頗具挑(tiao)戰(zhàn)性(xing)。本文報道(dao)了一種基于聚(ju)偏氟乙烯(xi)（PVDF）的有機水凝(ning)膠作為電子(zi)皮膚用壓電傳(chuan)感器。聚(ju)乙烯醇（PVA）構成主(zhu)要網(wǎng)絡，促(cu)進了 PVDF 中電(dian)活性 β 相的形成(cheng)，并確保了(le)有機水凝膠(jiao)傳感器的(de)壓電性(xing)能。聚丙烯(xi)酸（PA）通過與 PVA 形成(cheng)氫鍵來增強交(jiao)聯(lián)密度和(he)機械性(xing)能，同(tong)時還充當膠(jiao)凝劑(ji)以減少(shao) PVA 結晶。此外(wai)，有機溶(rong)劑二甲基亞(ya)砜（DMSO）被引入，為傳(chuan)感器(qi)賦予抗(kang)凍性能。該有機(ji)水凝膠在 100 次(ci)壓縮(suo)加載 — 卸載(zai)循環(huán)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)(you)異的抗(kang)疲勞性能。而(er)且，有機水(shui)凝膠壓電(dian)傳感器有著(zhe)令人矚(zhu)目的約 8 毫秒的(de)響應時(shi)間以及(ji) 0-30N的寬(kuan)壓力(li)范圍。再者，該壓(ya)電有機水凝(ning)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 天之后仍能保(bao)留其機械(xie)和壓電特性(xing)?；?PVDF 的(de)有機水凝膠已(yi)被證實，在無需(xu)外部電(dian)源的情(qing)況下，對于(yu)人體運動(dong)檢測有(you)著重大的(de)應用潛力。

機械性能對于(yu)壓電(dian)有機水(shui)凝膠(jiao)作為傳感器在(zai)電子皮膚中的(de)應用(yong)尤為重要。為(wei)了研究(jiu)聚丙烯酸（PA）對有(you)機水凝膠機械(xie)性能的影響，我(wo)們對含有(you)不同聚(ju)丙烯酸含(han)量的有機(ji)水凝(ning)膠的彈性性(xing)能進行了測(ce)試。在應力-應變(bian)曲線圖中可(ke)以觀察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝膠表(biao)現(xiàn)出較(jiao)低的抗(kang)壓能力，在受(shou)到 45% 的壓縮應(ying)變時就會發(fā)(fa)生破裂。相(xiang)比之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出了更強(qiang)的機(ji)械性(xing)能，因為它能(neng)夠承受高達 0.17 Mpa的(de)應力而(er)不會破裂。隨著(zhe)PA含量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機水凝(ning)膠的(de)壓縮(suo)強度和模量(liang)也隨之增加(jia)。這種(zhong)性能的改善歸(gui)因于(yu)PA中羥基所促(cu)成的眾多(duo)氫鍵，這些羥(qiang)基會與PVA中的羥(qiang)基發(fā)(fa)生物理交(jiao)聯(lián)。這(zhe)些增強(qiang)的分子間相互(hu)作用顯著(zhu)地改善(shan)了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機水凝(ning)膠的機械性(xing)能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓(ya)強度有所下(xia)降，這表明隨(sui)著PA含(han)量進(jin)一步增加，有機(ji)水凝膠的(de)機械性能出(chu)現(xiàn)了下滑。隨(sui)著PA過量增(zeng)加，更多(duo)的氫鍵(jian)形成，這會減(jian)少PVA內(nèi)部(bu)分子間的氫(qing)鍵，進而(er)導致有機(ji)水凝膠(jiao)的網(wǎng)絡結構變(bian)得疏松。為(wei)了進一步探究(jiu)有機水(shui)凝膠(jiao)的機械(xie)耐久(jiu)性，我們(men)對在應力(li)測試中表(biao)現(xiàn)最佳(jia)的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠進(jin)行了循(xun)環(huán)加載 — 卸載測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠(jiao)的機械穩(wěn)定(ding)性和抗疲勞(lao)性能十分出(chu)色，這從其(qi)經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)(huan)后仍保(bao)持一(yi)致的曲線（疲勞(lao)測試）便可得(de)到證明。在 50% 的(de)壓縮(suo)應變下，該(gai)有機水(shui)凝膠的應力曲(qu)線在(zai)經(jīng)過 100 次(ci)壓縮加載(zai) — 卸載循(xun)環(huán)后(hou)僅顯示(shi)出微小(xiao)的滯后現(xiàn)象(xiang)。