近日，杭州(zhou)電子(zi)科技大學電子(zi)信息(xi)學院研究人員(yuan)在國際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科(ke)院二區(qū)(qu)，影響因子IF=4.9）發(fā)(fa)表了題為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性論(lun)文。在該論文中，研(yan)究人員利用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用于測(ce)定有機水凝膠(jiao)的機(ji)械性能和抗疲(pi)勞性(xing)能等指標(biao)。

自供電壓(ya)電傳感(gan)器能夠有(you)效解決(jue)電子皮膚(fu)的供電問(wen)題。然而，制(zhi)造出模量(liang)與人類(lei)皮膚相似的(de)柔性傳感(gan)器仍然頗具挑(tiao)戰(zhàn)性。本文(wen)報道了一(yi)種基于聚偏氟(fu)乙烯（PVDF）的有機水(shui)凝膠作為電子(zi)皮膚用壓(ya)電傳(chuan)感器。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主要網(wǎng)(wang)絡(luò)，促(cu)進了 PVDF 中(zhong)電活性 β 相(xiang)的形成(cheng)，并確保了有(you)機水凝(ning)膠傳感器(qi)的壓電性(xing)能。聚(ju)丙烯(xi)酸（PA）通過與(yu) PVA 形成氫(qing)鍵來增強交聯(lián)(lian)密度和機械性(xing)能，同時(shi)還充(chong)當膠凝劑以減(jian)少 PVA 結(jié)晶。此外(wai)，有機溶劑二(er)甲基(ji)亞砜（DMSO）被引入(ru)，為傳感器賦予(yu)抗凍性(xing)能。該(gai)有機水凝膠在(zai) 100 次壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)后展(zhan)現(xiàn)出優(yōu)(you)異的(de)抗疲勞性能(neng)。而且，有機水(shui)凝膠壓電傳(chuan)感器有著令人(ren)矚目的約 8 毫(hao)秒的響應(yīng)(ying)時間(jian)以及 0-30N的寬壓(ya)力范(fan)圍。再者，該(gai)壓電有機(ji)水凝膠表現(xiàn)出(chu)出色的抗(kang)凍性(xing)能，即便在(zai)低溫下冷凍 10 天(tian)之后仍能(neng)保留其機械和(he)壓電(dian)特性?；?ji)于 PVDF 的(de)有機水凝膠已(yi)被證實(shi)，在無需外(wai)部電源(yuan)的情況(kuang)下，對于(yu)人體運動檢(jian)測有著重(zhong)大的應(yīng)用潛(qian)力。

機械(xie)性能對于壓電(dian)有機水(shui)凝膠作為(wei)傳感器在(zai)電子皮膚中的(de)應(yīng)用(yong)尤為重(zhong)要。為了研究(jiu)聚丙(bing)烯酸（PA）對(dui)有機水凝(ning)膠機械性(xing)能的影(ying)響，我(wo)們對含有不同(tong)聚丙(bing)烯酸含量(liang)的有(you)機水凝膠的彈(dan)性性能進(jin)行了測試。在應(yīng)(ying)力-應(yīng)變曲(qu)線圖中可以(yi)觀察到(dao)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水凝膠表(biao)現(xiàn)出(chu)較低的抗(kang)壓能力，在受(shou)到 45% 的壓縮(suo)應(yīng)變時就(jiu)會發(fā)(fa)生破裂。相比之(zhi)下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)(xian)出了更強的(de)機械性能，因(yin)為它(ta)能夠承(cheng)受高達 0.17 Mpa的(de)應(yīng)力而不會破(po)裂。隨著PA含(han)量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(ji)水凝膠的壓(ya)縮強(qiang)度和模(mo)量也隨(sui)之增加。這種性(xing)能的改(gai)善歸因于PA中(zhong)羥基所促成(cheng)的眾多氫(qing)鍵，這(zhe)些羥基(ji)會與PVA中的羥基(ji)發(fā)生物(wu)理交聯(lián)(lian)。這些增(zeng)強的分(fen)子間相互作(zuo)用顯著地(di)改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有(you)機水(shui)凝膠(jiao)的機械性能。與(yu)PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗壓強度(du)有所下降，這表(biao)明隨(sui)著PA含(han)量進(jin)一步增加，有(you)機水凝膠的(de)機械性(xing)能出現(xiàn)了下滑(hua)。隨著PA過(guo)量增(zeng)加，更多(duo)的氫鍵形(xing)成，這會減少(shao)PVA內(nèi)部分子間的(de)氫鍵，進而導致(zhi)有機水(shui)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)變得疏松(song)。為了進一步(bu)探究有機(ji)水凝膠的機械(xie)耐久(jiu)性，我們對(dui)在應(yīng)力(li)測試(shi)中表現(xiàn)(xian)最佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水凝膠(jiao)進行了循環(huán)加(jia)載 — 卸載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠(jiao)的機械穩(wěn)(wen)定性和抗疲(pi)勞性能十分出(chu)色，這從其(qi)經(jīng)過(guo) 100 次循(xun)環(huán)后仍(reng)保持一致的(de)曲線（疲勞測(ce)試）便可得(de)到證明。在(zai) 50% 的壓縮(suo)應(yīng)變(bian)下，該有機(ji)水凝膠的應(yīng)(ying)力曲線在(zai)經(jīng)過 100 次(ci)壓縮加(jia)載 — 卸(xie)載循(xun)環(huán)后僅(jin)顯示出(chu)微小的滯后(hou)現(xiàn)象。