上(shang)海(hai)騰拔質(zhi)構(gou)儀助力(li)杭(hang)州電(dian)子科技(ji)大學發(fa)表關(guan)於有機(ji)水凝(ning)膠的國(guo)際(ji)期(qi)刊論文(wen)

近日，杭(hang)州電(dian)子科技(ji)大學電(dian)子信(xin)息學院(yuan)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)在國(guo)際(ji)期(qi)刊《Microchemical Journal》（中科院(yuan)二區，影響因子IF=4.9）發(fa)表了(le)題(ti)為"A PVDF-based organohydrogel for self-powered and anti-freezing sensor in electronic skin"的(de)研(yan)究(jiu)性(xing)論文(wen)。在該(gai)論文(wen)中，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)利用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhi)構(gou)儀用(yong)於測(ce)定有機(ji)水凝(ning)膠的機(ji)械(xie)性能(neng)和抗(kang)疲勞(lao)性能(neng)等(deng)指標(biao)。

自供電(dian)壓(ya)電(dian)傳感器能(neng)夠(gou)有效(xiao)解決電(dian)子皮膚的供電(dian)問題(ti)。然(ran)而，制造出模量(liang)與人類皮膚相似(si)的柔性(xing)傳感器仍然頗(po)具(ju)挑(tiao)戰(zhan)性。本文(wen)報道(dao)了(le)壹種基於聚偏(pian)氟(fu)乙烯(xi)（PVDF）的有機(ji)水凝(ning)膠作為電(dian)子皮膚用(yong)壓(ya)電(dian)傳感器。聚乙烯(xi)醇（PVA）構(gou)成主(zhu)要網(wang)絡(luo)，促(cu)進了(le) PVDF 中電(dian)活性 β 相(xiang)的形成，並(bing)確保(bao)了(le)有機(ji)水凝(ning)膠傳感器的(de)壓(ya)電(dian)性能。聚丙烯酸（PA）通過(guo)與 PVA 形成氫(qing)鍵(jian)來增(zeng)強交聯(lian)密(mi)度(du)和(he)機(ji)械(xie)性能(neng)，同時還充(chong)當膠凝劑(ji)以減少(shao) PVA 結(jie)晶。此外(wai)，有機(ji)溶劑(ji)二甲基(ji)亞碸(feng)（DMSO）被(bei)引入，為傳感器賦(fu)予(yu)抗(kang)凍性(xing)能。該(gai)有機(ji)水凝(ning)膠在 100 次壓(ya)縮(suo)加(jia)載 — 卸(xie)載(zai)循(xun)環後(hou)展(zhan)現(xian)出優異(yi)的抗(kang)疲勞(lao)性能(neng)。而且，有機(ji)水凝(ning)膠壓(ya)電(dian)傳感器有著(zhe)令人(ren)矚目(mu)的約 8 毫(hao)秒(miao)的(de)響(xiang)應時間以及 0-30N的(de)寬(kuan)壓(ya)力(li)範(fan)圍。再(zai)者(zhe)，該(gai)壓(ya)電(dian)有機(ji)水凝(ning)膠表現(xian)出出(chu)色(se)的抗(kang)凍性(xing)能，即(ji)便在低溫(wen)下(xia)冷(leng)凍(dong) 10 天之(zhi)後(hou)仍能保(bao)留(liu)其機(ji)械(xie)和壓(ya)電(dian)特(te)性(xing)。基於 PVDF 的(de)有機(ji)水凝(ning)膠已被(bei)證(zheng)實，在無需(xu)外(wai)部電(dian)源的情(qing)況(kuang)下(xia)，對於人(ren)體(ti)運動(dong)檢測(ce)有著(zhe)重大的應用(yong)潛力(li)。

機(ji)械(xie)性能(neng)對於壓(ya)電(dian)有機(ji)水凝(ning)膠作為傳感器在電(dian)子皮膚中的應用(yong)尤為重(zhong)要(yao)。為了(le)研(yan)究(jiu)聚丙烯酸（PA）對有機(ji)水凝(ning)膠機(ji)械(xie)性能(neng)的影(ying)響，我們(men)對含(han)有不同聚丙烯酸含量(liang)的(de)有機(ji)水凝(ning)膠的彈(dan)性(xing)性(xing)能(neng)進行(xing)了(le)測(ce)試。在應力(li)-應變(bian)曲(qu)線(xian)圖中可以觀(guan)察(cha)到，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.2 有機(ji)水凝(ning)膠表現(xian)出較低的(de)抗(kang)壓(ya)能力(li)，在受(shou)到(dao) 45% 的壓(ya)縮(suo)應變(bian)時就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)破裂。相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 展(zhan)現(xian)出了(le)更強的機(ji)械(xie)性能(neng)，因為它能夠(gou)承(cheng)受(shou)高(gao)達(da) 0.17 Mpa的(de)應力(li)而(er)不會(hui)破裂。隨(sui)著PA含(han)量從 0.2 增加(jia)到 0.5，有機(ji)水凝(ning)膠的壓(ya)縮(suo)強度(du)和(he)模(mo)量也(ye)隨(sui)之(zhi)增(zeng)加(jia)。這種性能(neng)的改善(shan)歸(gui)因於PA中羥基(ji)所促(cu)成的眾(zhong)多(duo)氫鍵(jian)，這(zhe)些(xie)羥基會(hui)與PVA中的羥(qiang)基發(fa)生(sheng)物理交聯(lian)。這(zhe)些(xie)增強的分(fen)子間(jian)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)顯著地(di)改善(shan)了(le)PVA- PVDF_X - PA_Y 型有機(ji)水凝(ning)膠的機(ji)械(xie)性能(neng)。與PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 相比(bi)，PVA- PVDF_1.8 - PA_0.8 的抗(kang)壓(ya)強度(du)有所(suo)下降，這表(biao)明(ming)隨(sui)著PA含量(liang)進壹步增(zeng)加(jia)，有機(ji)水凝(ning)膠的機(ji)械(xie)性能(neng)出現(xian)了下(xia)滑。隨著PA過(guo)量增(zeng)加(jia)，更多(duo)的氫(qing)鍵(jian)形成，這(zhe)會(hui)減(jian)少(shao)PVA內部(bu)分子間(jian)的(de)氫(qing)鍵，進而(er)導(dao)致有機(ji)水凝(ning)膠的網(wang)絡(luo)結(jie)構(gou)變(bian)得疏(shu)松。為了(le)進壹步探(tan)究有機(ji)水凝(ning)膠的機(ji)械(xie)耐(nai)久性，我們對(dui)在應力(li)測(ce)試中表現(xian)最(zui)佳的PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝(ning)膠進行(xing)了(le)循(xun)環加(jia)載 — 卸(xie)載(zai)測(ce)試。PVA- PVDF_1.8 - PA_0.5 有機(ji)水凝(ning)膠的機(ji)械(xie)穩(wen)定性和抗(kang)疲勞(lao)性能(neng)十(shi)分(fen)出色(se)，這從(cong)其經過(guo) 100 次循(xun)環後(hou)仍保持(chi)壹致的(de)曲(qu)線(xian)（疲勞(lao)測(ce)試）便可(ke)得(de)到證(zheng)明(ming)。在 50% 的壓(ya)縮(suo)應變(bian)下，該(gai)有機(ji)水凝(ning)膠的應力(li)曲(qu)線(xian)在經過(guo) 100 次壓(ya)縮(suo)加(jia)載 — 卸(xie)載(zai)循(xun)環後(hou)僅顯示出(chu)微小(xiao)的滯(zhi)後現(xian)象。