2.實驗部分

2.1.化學制品

區(qu)域正(zheng)(zheng)聚（3-己基(ji)噻(sai)吩(fen)-2,5-二酰基(ji)）（P3HT，CAS 156074-98-5，純度為(wei)99.995%）和(he)區(qu)域正(zheng)(zheng)聚（3-癸基(ji)噻(sai)吩(fen)-2,5-二酰基(ji)）（P3DT，CAS 110851-65-5，純度為(wei)99.995%）由Sigma Aldrich訂購(gou)(gou)并按收貨時使用。多(duo)壁(bi)碳納(na)米(mi)管（MWCNT；外(wai)徑15–35 nm，長度≥10μm）從Nanothinx S.A.（希臘(la)里(li)約熱內(nei)盧）購(gou)(gou)買。聚（丙烯酸）（PAA，25%溶(rong)于水，CAS 9003-01-4）從Chemie Brunschwig訂購(gou)(gou)。乙醇（99.9%）和(he)氯仿（99.2%）從VWR Prolabo Chemicals訂購(gou)(gou)。PDMS（Sylgard 186，MED-4086）和(he)PDMS溶(rong)劑(ji)（OS-2）從道(dao)康寧（密(mi)歇根州奧(ao)本）訂購(gou)(gou)。

2.2.LS法制備DEA電極

2.2.1.聚噻吩（PT）溶液

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

2.2.2.多壁碳納米管/鉑混合溶液

將(jiang)PT溶(rong)解在氯仿(fang)(fang)溶(rong)液(ye)（0.167 g/L）中(zhong)，然(ran)后(hou)(hou)超(chao)(chao)聲處(chu)理(li)(li)30 min。將(jiang)多壁碳納米管(guan)分(fen)散(san)在乙醇(chun)（20 g/L）中(zhong)，然(ran)后(hou)(hou)超(chao)(chao)聲處(chu)理(li)(li)1 h。將(jiang)兩種溶(rong)液(ye)以9（氯仿(fang)(fang)）/1（乙醇(chun)）的(de)體積分(fen)數混合(he)，然(ran)后(hou)(hou)超(chao)(chao)聲處(chu)理(li)(li)5 h，然(ran)后(hou)(hou)在3000 rpm下離心(xin)15 min。收(shou)集(ji)上清(qing)液(ye)并進(jin)行(xing)兩次(ci)額外的(de)離心(xin)，每次(ci)離心(xin)15分(fen)鐘(zhong)。根據(ju)光學顯微鏡圖像(xiang)和(he)補充(chong)數據(ju)（第(di)1節，圖S1和(he)表(biao)S1）中(zhong)概(gai)述的(de)LS轉(zhuan)移復合(he)MWCNT/PT單層的(de)表(biao)面電阻(zu)值，對該(gai)工藝進(jin)行(xing)了優化。

2.2.3.單層電極制作

單(dan)分子(zi)膜在(zai)KIBRON-Langmuir-Blodgett（LB）槽（MicroTroughX）中形(xing)成。使用(yong)微型注(zhu)射器在(zai)超純水表(biao)(biao)面(mian)（18.2 MΩcm Millipore Simplity，Billerica，MA）上噴灑足夠(gou)體積(ji)的(de)溶液。溶劑(ji)蒸發后，單(dan)層(ceng)以(yi)10 mm/min的(de)勢壘速度壓(ya)縮(suo)，并記錄表(biao)(biao)面(mian)壓(ya)力(li)。在(zai)下文中，等(deng)溫線(xian)表(biao)(biao)示為槽面(mian)積(ji)的(de)函數，而不是(shi)每個單(dan)體的(de)面(mian)積(ji)。通(tong)過布魯斯特角(jiao)顯微鏡原位驗證(zheng)氣道(dao)-水界面(mian)的(de)單(dan)層(ceng)均勻性；補充數據（第2節）[31]中給出(chu)了有關(guan)該(gai)技術(shu)的(de)更多詳細信(xin)息。對于LS轉(zhuan)(zhuan)移(yi)，單(dan)層(ceng)保(bao)持在(zai)15 mN/m的(de)表(biao)(biao)面(mian)壓(ya)力(li)下，并使用(yong)KIBRON的(de)步進電機以(yi)2 mm/min的(de)速度向單(dan)層(ceng)水平移(yi)動PDMS基板。一旦基底(di)/單(dan)層(ceng)接觸建立，PDMS基底(di)升高，直(zhi)到(dao)轉(zhuan)(zhuan)移(yi)完(wan)成。

2.3.原子力顯微鏡（AFM）

使(shi)用(yong)Rosset等人[32]報告的(de)方(fang)法制備(bei)100μm厚的(de)PDMS膜，并將(jiang)其用(yong)作(zuo)單層電極LS轉移的(de)基(ji)底（補充數(shu)據，第3.1節）。AFM圖像采用(yong)Brüker公司(si)的(de)尺寸圖標顯(xian)微鏡的(de)峰值力敲擊模式(shi)(shi)進(jin)行。使(shi)用(yong)彈(dan)簧常數(shu)為0.4 Nm的(de)ScanAsyst空(kong)氣(qi)懸臂(bei)梁（Brüker）在空(kong)氣(qi)中進(jin)行AFM成像?1.在0.5 Hz掃描頻率下，以高度(du)模式(shi)(shi)和256×256分辨率獲得10μm×10μm圖像。使(shi)用(yong)NanoScope軟(ruan)件版(ban)本1.40（Brüker）進(jin)行數(shu)據處理。

2.4.表面電阻測量

將轉(zhuan)移到100μm厚(hou)PDMS基底上的單分子(zi)膜(mo)放(fang)置在(zai)兩個(ge)矩形(xing)銅(tong)電(dian)極上，圍繞一個(ge)1cm×1cm正方形(xing)作為活性(xing)區。通過在(zai)銅(tong)電(dian)極之間施加(jia)10V的測量電(dian)流確定(ding)電(dian)阻。使(shi)用Gamry Instruments恒(heng)電(dian)位儀（參考600）進(jin)行(xing)這些測量。

2.4.1.隨時間變化的表面電阻穩定性

研究了PT摻雜對(dui)(dui)表面電(dian)阻穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)影響(xiang)。將轉移(yi)的(de)PT單(dan)分(fen)子膜浸(jin)入乙腈(jing)中的(de)0.15 M FeCl3中5分(fen)鐘，然后(hou)用乙腈(jing)沖洗[29]。對(dui)(dui)于每種類型(xing)的(de)單(dan)層，測量(liang)六個(ge)單(dan)獨的(de)樣品，以獲(huo)得(de)平均值和標準(zhun)偏差。

2.4.2.作為應變函數的表面電阻

在(zai)不同的(de)拉(la)伸條件下，測(ce)量(liang)了轉移到100μm厚PDMS懸浮基底上的(de)單分子膜的(de)表面(mian)電阻。在(zai)每(mei)種情況下使用(yong)兩個樣(yang)(yang)品，拉(la)伸過程中采用(yong)1%拉(la)長/s的(de)速度。還研(yan)究了樣(yang)(yang)品循環對表面(mian)電阻的(de)影響。為此，每(mei)個樣(yang)(yang)品使用(yong)10個拉(la)伸釋放周期(qi)（1%/s），每(mei)個周期(qi)之間延遲(chi)30秒。

2.5.單分子膜楊氏模量的測量

單(dan)(dan)(dan)層電(dian)極的(de)(de)楊氏模量(liang)(liang)通過(guo)(guo)使用單(dan)(dan)(dan)軸拉(la)伸(shen)(shen)試驗(yan)裝置的(de)(de)拉(la)伸(shen)(shen)試驗(yan)進行(xing)(xing)測(ce)量(liang)(liang)。通過(guo)(guo)測(ce)量(liang)(liang)極軟(ruan)的(de)(de)10μm厚PDMS基底（楊氏模量(liang)(liang)為40 kPa）上(shang)單(dan)(dan)(dan)層的(de)(de)硬化沖擊，可以(yi)計算單(dan)(dan)(dan)層的(de)(de)楊氏模量(liang)(liang)（關于(yu)PDMS制備的(de)(de)更(geng)多詳(xiang)細信(xin)息，見補(bu)充數據，第3.2節）。使用直線電(dian)機（Saia Burgess的(de)(de)UAL）以(yi)0.67%/s的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)變速率對PDMS膜(mo)進行(xing)(xing)單(dan)(dan)(dan)軸循環拉(la)伸(shen)(shen)（20%應(ying)(ying)(ying)變）。拉(la)伸(shen)(shen)方向平行(xing)(xing)于(yu)PDMS矩形的(de)(de)2 mm邊(bian)緣(yuan)，因(yin)此拉(la)伸(shen)(shen)的(de)(de)PDMS膜(mo)處于(yu)純剪應(ying)(ying)(ying)力狀態。在(zai)測(ce)量(liang)(liang)過(guo)(guo)程中，使用力傳感器（Futek LSB200，容量(liang)(liang)100 mN）和(he)步進電(dian)機編(bian)碼器同時(shi)測(ce)量(liang)(liang)力和(he)樣(yang)品伸(shen)(shen)長率，從(cong)而能夠(gou)表示應(ying)(ying)(ying)力-應(ying)(ying)(ying)變關系。在(zai)整(zheng)個實驗(yan)過(guo)(guo)程中，編(bian)寫(xie)了LabVIEW代碼來控(kong)制電(dian)機和(he)力傳感器。

測(ce)量裸PDMS膜(mo)的楊(yang)氏模量后，將單層電(dian)極(ji)轉移(yi)到這些PDMS膜(mo)上。使用與裸PDMS膜(mo)相(xiang)(xiang)同的參數測(ce)定PDMS+電(dian)極(ji)雙層的楊(yang)氏模量。PDMS+電(dian)極(ji)雙層由兩個(ge)長(chang)度(du)(du)和寬(kuan)度(du)(du)相(xiang)(xiang)等的粘附層形成，因此使用[33]計算電(dian)極(ji)楊(yang)氏模量：

其(qi)中Y是楊氏模(mo)量，t是厚度(du)。

2.6.DEAs制造

制備了(le)2.0μm厚的(de)(de)(de)PDMS膜（Sylgard 186，道康寧）作為DEA的(de)(de)(de)DE膜（PDMS膜制造的(de)(de)(de)詳細信息見補充(chong)數據(ju)，第3.3節(jie)）。為了(le)處理(li)和預(yu)拉(la)伸亞微(wei)米懸(xuan)浮PDMS膜，開發了(le)一(yi)(yi)種(zhong)可拉(la)伸支(zhi)架(jia)(jia)，該支(zhi)架(jia)(jia)由(you)丙烯(xi)酸粘(zhan)(zhan)合劑（3M，VHB 4905）制成(cheng)，上(shang)(shang)(shang)面(mian)覆蓋有(you)硅(gui)轉(zhuan)移(yi)(yi)(yi)粘(zhan)(zhan)合劑（粘(zhan)(zhan)合劑研究(jiu)，ARclear 8932）。使(shi)用(yong)可拉(la)伸支(zhi)架(jia)(jia)，從PET基材上(shang)(shang)(shang)釋放2.0μm厚的(de)(de)(de)懸(xuan)浮PDMS膜，并(bing)(bing)以1.2的(de)(de)(de)線性(xing)比等雙軸預(yu)拉(la)伸至(zhi)1.4μm厚（圖(tu)2a）。使(shi)用(yong)硅(gui)酮(tong)轉(zhuan)移(yi)(yi)(yi)粘(zhan)(zhan)合劑將(jiang)(jiang)預(yu)拉(la)伸的(de)(de)(de)PDMS固(gu)定在(zai)聚甲基丙烯(xi)酸甲酯（PMMA）支(zhi)架(jia)(jia)（圖(tu)2b）上(shang)(shang)(shang)。將(jiang)(jiang)掩模（由(you)硅(gui)粘(zhan)(zhan)合劑的(de)(de)(de)背(bei)膜ARclear 8932制成(cheng)）放置在(zai)懸(xuan)浮的(de)(de)(de)PDM上(shang)(shang)(shang)（圖(tu)2c）。掩膜用(yong)于(yu)通過LS轉(zhuan)移(yi)(yi)(yi)形成(cheng)單(dan)層(ceng)圖(tu)案，并(bing)(bing)保持懸(xuan)浮PDMS膜平坦（圖(tu)2d）。在(zai)單(dan)層(ceng)電(dian)(dian)(dian)極的(de)(de)(de)LS轉(zhuan)移(yi)(yi)(yi)后(hou)，在(zai)掩模和PDMS層(ceng)之間沉(chen)積一(yi)(yi)滴乙醇以幫助剝離掩模。獲得(de)了(le)一(yi)(yi)側帶(dai)(dai)有(you)圖(tu)案化單(dan)層(ceng)電(dian)(dian)(dian)極的(de)(de)(de)預(yu)拉(la)伸PDMS薄膜（圖(tu)2e）。將(jiang)(jiang)帶(dai)(dai)有(you)一(yi)(yi)個(ge)(ge)轉(zhuan)移(yi)(yi)(yi)電(dian)(dian)(dian)極的(de)(de)(de)PDMS膜涂敷在(zai)較(jiao)小的(de)(de)(de)支(zhi)架(jia)(jia)上(shang)(shang)(shang)，PDMS裸露表(biao)面(mian)朝上(shang)(shang)(shang)（圖(tu)2f）。在(zai)這個(ge)(ge)較(jiao)小的(de)(de)(de)支(zhi)架(jia)(jia)上(shang)(shang)(shang)，第一(yi)(yi)個(ge)(ge)圖(tu)案化電(dian)(dian)(dian)極與銅(tong)(tong)連(lian)接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸（圖(tu)2g），第二(er)個(ge)(ge)電(dian)(dian)(dian)極在(zai)另(ling)一(yi)(yi)側轉(zhuan)移(yi)(yi)(yi)（圖(tu)2c-e）。使(shi)用(yong)硅(gui)酮(tong)轉(zhuan)移(yi)(yi)(yi)粘(zhan)(zhan)合劑將(jiang)(jiang)另(ling)一(yi)(yi)個(ge)(ge)較(jiao)小的(de)(de)(de)保持環粘(zhan)(zhan)合到(dao)DEA，以提供(gong)第二(er)電(dian)(dian)(dian)極的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)接(jie)(jie)觸（圖(tu)2h）。使(shi)用(yong)少量(liang)導電(dian)(dian)(dian)銀環氧樹脂確保單(dan)層(ceng)電(dian)(dian)(dian)極和銅(tong)(tong)帶(dai)(dai)之間的(de)(de)(de)良好電(dian)(dian)(dian)氣(qi)連(lian)接(jie)(jie)（參見補充(chong)數據(ju)，第4節(jie)，圖(tu)S3）。DEA的(de)(de)(de)活性(xing)區（直徑3mm的(de)(de)(de)循環）位于(yu)預(yu)拉(la)伸的(de)(de)(de)1.4μm厚PDMS膜的(de)(de)(de)中心，兩(liang)個(ge)(ge)電(dian)(dian)(dian)極重疊。

圖2。采用LS技術制(zhi)備1.4μm厚(hou)DEA的(de)(de)工藝(yi)。（a）懸浮式PDM（Sylgard 186）等雙(shuang)軸預拉伸（初始厚(hou)度(du)：2.0μm，拉伸后：1.4μm）。（b）懸浮拉伸1.4μm厚(hou)的(de)(de)PDMS膜，固定在PMMA支架上(shang)(shang)。（c）在懸浮膜上(shang)(shang)放(fang)置一(yi)個面罩。（d）在空氣-水界面形成的(de)(de)單(dan)層電(dian)(dian)極(ji)(ji)在帶(dai)有掩膜的(de)(de)懸浮PDMS膜上(shang)(shang)的(de)(de)LS轉移。（e）PDMS上(shang)(shang)的(de)(de)圖案(an)化(hua)單(dan)層電(dian)(dian)極(ji)(ji)。（f）將覆蓋有圖案(an)化(hua)單(dan)層電(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)(de)PDMS膜轉移到較小(xiao)的(de)(de)PMMA支架上(shang)(shang)。（g）圖案(an)化(hua)單(dan)層電(dian)(dian)極(ji)(ji)位于PDMS的(de)(de)下側，電(dian)(dian)極(ji)(ji)與銅帶(dai)連接，PDMS的(de)(de)上(shang)(shang)側不(bu)帶(dai)電(dian)(dian)極(ji)(ji)。（h）采用LS電(dian)(dian)極(ji)(ji)技術制(zhi)造DEA。

在(zai)制造的(de)(de)DEA的(de)(de)兩個電(dian)極之(zhi)間施加(jia)高(gao)達130V的(de)(de)電(dian)壓。測量(liang)中心活性區的(de)(de)直徑線性應(ying)(ying)變，作為(wei)(wei)施加(jia)電(dian)壓的(de)(de)函(han)(han)數(shu)。還測量(liang)了線性應(ying)(ying)變作為(wei)(wei)頻率的(de)(de)函(han)(han)數(shu)，以表征DEA的(de)(de)速度。