2.實(shí)驗部分

2.1.化學(xué)制品

區域正聚（3-己基噻吩-2,5-二?；≒3HT，CAS 156074-98-5，純度為99.995%）和區域正聚（3-癸基噻吩-2,5-二?；≒3DT，CAS 110851-65-5，純度為99.995%）由Sigma Aldrich訂購并按收貨時(shí)使用。多壁碳納米管（MWCNT；外徑15–35 nm，長(cháng)度≥10μm）從Nanothinx S.A.（希臘里約熱內盧）購買(mǎi)。聚（丙烯酸）（PAA，25%溶于水，CAS 9003-01-4）從Chemie Brunschwig訂購。乙醇（99.9%）和氯仿（99.2%）從VWR Prolabo Chemicals訂購。PDMS（Sylgard 186，MED-4086）和PDMS溶劑（OS-2）從道康寧（密歇根州奧本）訂購。

2.2.LS法制備DEA電極

2.2.1.聚噻吩（PT）溶液

PT（P3DT或P3HT）溶液（0.167g/L）在氯仿-乙醇9:1 v/v中制備，然后超聲處理30分鐘

2.2.2.多壁碳納米管/鉑混合溶液

將PT溶解在氯仿溶液（0.167 g/L）中，然后超聲處理30 min。將多壁碳納米管分散在乙醇（20 g/L）中，然后超聲處理1 h。將兩種溶液以9（氯仿）/1（乙醇）的體積分數混合，然后超聲處理5 h，然后在3000 rpm下離心15 min。收集上清液并進(jìn)行兩次額外的離心，每次離心15分鐘。根據光學(xué)顯微鏡圖像和補充數據（第1節，圖S1和表S1）中概述的LS轉移復合MWCNT/PT單層的表面電阻值，對該工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

2.2.3.單層電極制作

單分子膜在KIBRON-Langmuir-Blodgett（LB）槽（MicroTroughX）中形成。使用微型注射器在超純水表面（18.2 MΩcm Millipore Simplity，Billerica，MA）上噴灑足夠體積的溶液。溶劑蒸發(fā)后，單層以10 mm/min的勢壘速度壓縮，并記錄表面壓力。在下文中，等溫線(xiàn)表示為槽面積的函數，而不是每個(gè)單體的面積。通過(guò)布魯斯特角顯微鏡原位驗證氣道-水界面的單層均勻性；補充數據（第2節）[31]中給出了有關(guān)該技術(shù)的更多詳細信息。對于LS轉移，單層保持在15 mN/m的表面壓力下，并使用KIBRON的步進(jìn)電機以2 mm/min的速度向單層水平移動(dòng)PDMS基板。一旦基底/單層接觸建立，PDMS基底升高，直到轉移完成。

2.3.原子力顯微鏡（AFM）

使用Rosset等人[32]報告的方法制備100μm厚的PDMS膜，并將其用作單層電極LS轉移的基底（補充數據，第3.1節）。AFM圖像采用Brüker公司的尺寸圖標顯微鏡的峰值力敲擊模式進(jìn)行。使用彈簧常數為0.4 Nm的ScanAsyst空氣懸臂梁（Brüker）在空氣中進(jìn)行AFM成像?1.在0.5 Hz掃描頻率下，以高度模式和256×256分辨率獲得10μm×10μm圖像。使用NanoScope軟件版本1.40（Brüker）進(jìn)行數據處理。

2.4.表面電阻測量

將轉移到100μm厚PDMS基底上的單分子膜放置在兩個(gè)矩形銅電極上，圍繞一個(gè)1cm×1cm正方形作為活性區。通過(guò)在銅電極之間施加10V的測量電流確定電阻。使用Gamry Instruments恒電位儀（參考600）進(jìn)行這些測量。

2.4.1.隨時(shí)間變化的表面電阻穩定性

研究了PT摻雜對表面電阻穩定性的影響。將轉移的PT單分子膜浸入乙腈中的0.15 M FeCl3中5分鐘，然后用乙腈沖洗[29]。對于每種類(lèi)型的單層，測量六個(gè)單獨的樣品，以獲得平均值和標準偏差。

2.4.2.作為應變函數的表面電阻

在不同的拉伸條件下，測量了轉移到100μm厚PDMS懸浮基底上的單分子膜的表面電阻。在每種情況下使用兩個(gè)樣品，拉伸過(guò)程中采用1%拉長(cháng)/s的速度。還研究了樣品循環(huán)對表面電阻的影響。為此，每個(gè)樣品使用10個(gè)拉伸釋放周期（1%/s），每個(gè)周期之間延遲30秒。

2.5.單分子膜楊氏模量的測量

單層電極的楊氏模量通過(guò)使用單軸拉伸試驗裝置的拉伸試驗進(jìn)行測量。通過(guò)測量極軟的10μm厚PDMS基底（楊氏模量為40 kPa）上單層的硬化沖擊，可以計算單層的楊氏模量（關(guān)于PDMS制備的更多詳細信息，見(jiàn)補充數據，第3.2節）。使用直線(xiàn)電機（Saia Burgess的UAL）以0.67%/s的應變速率對PDMS膜進(jìn)行單軸循環(huán)拉伸（20%應變）。拉伸方向平行于PDMS矩形的2 mm邊緣，因此拉伸的PDMS膜處于純剪應力狀態(tài)。在測量過(guò)程中，使用力傳感器（Futek LSB200，容量100 mN）和步進(jìn)電機編碼器同時(shí)測量力和樣品伸長(cháng)率，從而能夠表示應力-應變關(guān)系。在整個(gè)實(shí)驗過(guò)程中，編寫(xiě)了LabVIEW代碼來(lái)控制電機和力傳感器。

測量裸PDMS膜的楊氏模量后，將單層電極轉移到這些PDMS膜上。使用與裸PDMS膜相同的參數測定PDMS+電極雙層的楊氏模量。PDMS+電極雙層由兩個(gè)長(cháng)度和寬度相等的粘附層形成，因此使用[33]計算電極楊氏模量：

其中Y是楊氏模量，t是厚度。

2.6.DEAs制造

制備了2.0μm厚的PDMS膜（Sylgard 186，道康寧）作為DEA的DE膜（PDMS膜制造的詳細信息見(jiàn)補充數據，第3.3節）。為了處理和預拉伸亞微米懸浮PDMS膜，開(kāi)發(fā)了一種可拉伸支架，該支架由丙烯酸粘合劑（3M，VHB 4905）制成，上面覆蓋有硅轉移粘合劑（粘合劑研究，ARclear 8932）。使用可拉伸支架，從PET基材上釋放2.0μm厚的懸浮PDMS膜，并以1.2的線(xiàn)性比等雙軸預拉伸至1.4μm厚（圖2a）。使用硅酮轉移粘合劑將預拉伸的PDMS固定在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）支架（圖2b）上。將掩模（由硅粘合劑的背膜ARclear 8932制成）放置在懸浮的PDM上（圖2c）。掩膜用于通過(guò)LS轉移形成單層圖案，并保持懸浮PDMS膜平坦（圖2d）。在單層電極的LS轉移后，在掩模和PDMS層之間沉積一滴乙醇以幫助剝離掩模。獲得了一側帶有圖案化單層電極的預拉伸PDMS薄膜（圖2e）。將帶有一個(gè)轉移電極的PDMS膜涂敷在較小的支架上，PDMS裸露表面朝上（圖2f）。在這個(gè)較小的支架上，第一個(gè)圖案化電極與銅連接接觸（圖2g），第二個(gè)電極在另一側轉移（圖2c-e）。使用硅酮轉移粘合劑將另一個(gè)較小的保持環(huán)粘合到DEA，以提供第二電極的電接觸（圖2h）。使用少量導電銀環(huán)氧樹(shù)脂確保單層電極和銅帶之間的良好電氣連接（參見(jiàn)補充數據，第4節，圖S3）。DEA的活性區（直徑3mm的循環(huán)）位于預拉伸的1.4μm厚PDMS膜的中心，兩個(gè)電極重疊。

圖2。采用LS技術(shù)制備1.4μm厚DEA的工藝。（a）懸浮式PDM（Sylgard 186）等雙軸預拉伸（初始厚度：2.0μm，拉伸后：1.4μm）。（b）懸浮拉伸1.4μm厚的PDMS膜，固定在PMMA支架上。（c）在懸浮膜上放置一個(gè)面罩。（d）在空氣-水界面形成的單層電極在帶有掩膜的懸浮PDMS膜上的LS轉移。（e）PDMS上的圖案化單層電極。（f）將覆蓋有圖案化單層電極的PDMS膜轉移到較小的PMMA支架上。（g）圖案化單層電極位于PDMS的下側，電極與銅帶連接，PDMS的上側不帶電極。（h）采用LS電極技術(shù)制造DEA。

在制造的DEA的兩個(gè)電極之間施加高達130V的電壓。測量中心活性區的直徑線(xiàn)性應變，作為施加電壓的函數。還測量了線(xiàn)性應變作為頻率的函數，以表征DEA的速度。