近日，杭州電(dian)子科技大學(xué)電(dian)子信息學(xué)院研究人(ren)員在國(guo)際期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院二(er)區(qū)，影響因子(zi)IF=4.9）發(fā)表(biao)了題為(wei)"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的研究性(xing)論文。在該(gai)論文中(zhong)，研究人(ren)員利用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測定有(you)機水(shui)凝膠的機(ji)械性(xing)能和(he)抗疲勞(lao)性能等指(zhi)標(biāo)。

自供電壓(ya)電傳感(gan)器能夠(gou)有效(xiao)解決(jue)電子皮膚(fu)的供電問(wen)題。然而，制造出(chu)模量與(yu)人類皮(pi)膚相似的柔(rou)性傳感(gan)器仍然頗(po)具挑戰(zhàn)性。本(ben)文報道(dao)了一種基于聚(ju)偏氟(fu)乙烯（PVDF）的(de)有機水(shui)凝膠作(zuo)為電子皮(pi)膚用壓電傳感(gan)器。聚乙烯醇(chun)（PVA）構(gòu)成主(zhu)要網(wǎng)絡(luò)，促進了(le) PVDF 中電活性 β 相的(de)形成，并確(que)保了有機水(shui)凝膠傳感(gan)器的壓電性能(neng)。聚丙烯酸(suan)（PA）通過(guo)與 PVA 形成氫(qing)鍵來增(zeng)強交聯(lián)密(mi)度和機(ji)械性能，同時(shi)還充當(dāng)膠(jiao)凝劑以(yi)減少 PVA 結(jié)晶。此(ci)外，有機(ji)溶劑二甲基(ji)亞砜（DMSO）被(bei)引入，為傳感器(qi)賦予抗凍性能(neng)。該有機(ji)水凝(ning)膠在 100 次(ci)壓縮加載 — 卸(xie)載循環(huán)后展現(xiàn)(xian)出優(yōu)異(yi)的抗疲勞(lao)性能。而且，有機(ji)水凝膠壓(ya)電傳(chuan)感器有(you)著令人矚(zhu)目的(de)約 8 毫秒的響應(yīng)(ying)時間以及 0-30N的(de)寬壓力范圍。再(zai)者，該壓電有機(ji)水凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出出(chu)色的抗(kang)凍性能(neng)，即便在低溫下(xia)冷凍(dong) 10 天之(zhi)后仍能保(bao)留其機械和壓(ya)電特性?；?PVDF 的(de)有機(ji)水凝(ning)膠已被(bei)證實，在(zai)無需外部(bu)電源的情(qing)況下，對于人體(ti)運動檢測(ce)有著(zhe)重大的應(yīng)(ying)用潛力。

機械性能對于(yu)壓電有機(ji)水凝膠作為(wei)傳感器在(zai)電子皮膚(fu)中的應(yīng)用尤為(wei)重要。為(wei)了研究聚(ju)丙烯酸（PA）對(dui)有機水(shui)凝膠機械性能(neng)的影(ying)響，我們對含有(you)不同聚丙烯酸(suan)含量的(de)有機(ji)水凝(ning)膠的彈性性(xing)能進(jin)行了測(ce)試。在應(yīng)力-應(yīng)變(bian)曲線圖中(zhong)可以觀察到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機水(shui)凝膠表現(xiàn)出較(jiao)低的抗(kang)壓能力(li)，在受到 45% 的壓縮(suo)應(yīng)變時就會發(fā)(fa)生破裂。相比(bi)之下，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展現(xiàn)出(chu)了更(geng)強的機械性(xing)能，因(yin)為它(ta)能夠承受(shou)高達 0.17 Mpa的應(yīng)力而(er)不會(hui)破裂。隨著(zhe)PA含量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機水凝膠(jiao)的壓縮強(qiang)度和模量也(ye)隨之增加(jia)。這種(zhong)性能的(de)改善歸因于(yu)PA中羥基所促成(cheng)的眾多氫鍵(jian)，這些羥基會與(yu)PVA中的(de)羥基發(fā)生(sheng)物理交聯(lián)。這些(xie)增強(qiang)的分子間(jian)相互(hu)作用(yong)顯著(zhu)地改善了PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機水(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(ya)強度有所下降(jiang)，這表明隨著PA含(han)量進一(yi)步增加，有機水(shui)凝膠的機械(xie)性能(neng)出現(xiàn)了下滑。隨(sui)著PA過量增加，更(geng)多的氫鍵形成(cheng)，這會(hui)減少PVA內(nèi)(nei)部分子間(jian)的氫鍵(jian)，進而導(dǎo)(dao)致有(you)機水凝膠的(de)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得(de)疏松。為了進(jin)一步(bu)探究(jiu)有機水凝膠的(de)機械耐久(jiu)性，我們(men)對在應(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(ning)膠進行(xing)了循環(huán)加(jia)載 — 卸載測試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機水(shui)凝膠的機械(xie)穩(wěn)定性和抗疲(pi)勞性能(neng)十分出色，這(zhe)從其經(jīng)過 100 次(ci)循環(huán)后仍保持(chi)一致的曲線(xian)（疲勞(lao)測試）便可得到(dao)證明。在(zai) 50% 的壓縮應(yīng)變下(xia)，該有機水(shui)凝膠的應(yīng)(ying)力曲線在經(jīng)過(guo) 100 次壓縮加載(zai) — 卸載循環(huán)(huan)后僅顯示出(chu)微小(xiao)的滯后現(xiàn)(xian)象。