2.實驗部分

2.1.化學制品

區(qu)域正(zheng)聚（3-己基(ji)噻吩-2,5-二酰(xian)(xian)基(ji)）（P3HT，CAS 156074-98-5，純(chun)度(du)為(wei)99.995%）和(he)區(qu)域正(zheng)聚（3-癸基(ji)噻吩-2,5-二酰(xian)(xian)基(ji)）（P3DT，CAS 110851-65-5，純(chun)度(du)為(wei)99.995%）由Sigma Aldrich訂購并按收貨時使(shi)用。多壁碳納米管(guan)（MWCNT；外徑15–35 nm，長度(du)≥10μm）從(cong)(cong)Nanothinx S.A.（希臘里約熱(re)內(nei)盧）購買。聚（丙烯酸）（PAA，25%溶(rong)于水，CAS 9003-01-4）從(cong)(cong)Chemie Brunschwig訂購。乙醇（99.9%）和(he)氯仿（99.2%）從(cong)(cong)VWR Prolabo Chemicals訂購。PDMS（Sylgard 186，MED-4086）和(he)PDMS溶(rong)劑（OS-2）從(cong)(cong)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(huo)P3HT）溶液（0.167g/L）在氯仿-乙醇9:1 v/v中制備，然后超(chao)聲處(chu)理30分鐘(zhong)

2.2.2.多壁碳納米管/鉑混合溶液

將PT溶解在(zai)氯(lv)仿溶液（0.167 g/L）中，然(ran)后超聲處(chu)(chu)理(li)30 min。將多壁(bi)碳納米管(guan)分(fen)散(san)在(zai)乙(yi)醇（20 g/L）中，然(ran)后超聲處(chu)(chu)理(li)1 h。將兩(liang)種溶液以9（氯(lv)仿）/1（乙(yi)醇）的(de)(de)體積分(fen)數(shu)混合，然(ran)后超聲處(chu)(chu)理(li)5 h，然(ran)后在(zai)3000 rpm下(xia)離(li)心(xin)(xin)15 min。收集上清液并進行(xing)兩(liang)次額外的(de)(de)離(li)心(xin)(xin)，每次離(li)心(xin)(xin)15分(fen)鐘。根據光學顯微鏡圖(tu)像(xiang)和補充數(shu)據（第1節，圖(tu)S1和表(biao)S1）中概(gai)述的(de)(de)LS轉移復合MWCNT/PT單層的(de)(de)表(biao)面電阻值，對該工藝進行(xing)了優化(hua)。

2.2.3.單層電極制作

單(dan)(dan)分子膜在(zai)KIBRON-Langmuir-Blodgett（LB）槽（MicroTroughX）中形成(cheng)。使用微型注射器(qi)在(zai)超純(chun)水表面(mian)(mian)（18.2 MΩcm Millipore Simplity，Billerica，MA）上噴灑(sa)足夠(gou)體積的(de)(de)溶(rong)液(ye)。溶(rong)劑(ji)蒸發后，單(dan)(dan)層以10 mm/min的(de)(de)勢壘(lei)速(su)度(du)壓縮，并(bing)記錄表面(mian)(mian)壓力。在(zai)下(xia)文中，等溫線表示(shi)為槽面(mian)(mian)積的(de)(de)函數(shu)，而不是每個單(dan)(dan)體的(de)(de)面(mian)(mian)積。通過布魯斯(si)特角顯微鏡原位驗(yan)證氣道(dao)-水界面(mian)(mian)的(de)(de)單(dan)(dan)層均(jun)勻性；補(bu)充(chong)數(shu)據(ju)（第2節）[31]中給出了有關該技術的(de)(de)更多詳細信息。對于LS轉移(yi)(yi)，單(dan)(dan)層保持在(zai)15 mN/m的(de)(de)表面(mian)(mian)壓力下(xia)，并(bing)使用KIBRON的(de)(de)步(bu)進電機以2 mm/min的(de)(de)速(su)度(du)向單(dan)(dan)層水平移(yi)(yi)動PDMS基板(ban)。一旦基底/單(dan)(dan)層接觸(chu)建立，PDMS基底升高，直到(dao)轉移(yi)(yi)完成(cheng)。

2.3.原子力顯微鏡（AFM）

使用Rosset等人[32]報(bao)告的(de)方法制備100μm厚的(de)PDMS膜，并將其用作單層(ceng)電極LS轉移的(de)基底（補充數據(ju)，第3.1節(jie)）。AFM圖(tu)像采(cai)用Brüker公司(si)的(de)尺寸圖(tu)標顯(xian)微鏡的(de)峰(feng)值力敲擊模式進行(xing)。使用彈簧常數為0.4 Nm的(de)ScanAsyst空氣懸(xuan)臂梁(liang)（Brüker）在(zai)空氣中進行(xing)AFM成像?1.在(zai)0.5 Hz掃描頻率下，以高度模式和256×256分(fen)辨率獲得10μm×10μm圖(tu)像。使用NanoScope軟件版(ban)本1.40（Brüker）進行(xing)數據(ju)處理。

2.4.表面電阻測量

將(jiang)轉(zhuan)移(yi)到100μm厚(hou)PDMS基(ji)底上的單分子膜放置(zhi)在兩個(ge)矩形銅電極上，圍(wei)繞一個(ge)1cm×1cm正方(fang)形作(zuo)為活性區。通(tong)過在銅電極之間施加10V的測量電流確定(ding)電阻。使(shi)用Gamry Instruments恒電位儀（參(can)考600）進行這(zhe)些測量。

2.4.1.隨時間變化的表面電阻穩定性

研究了PT摻雜對表面(mian)電阻穩定(ding)性的影響(xiang)。將轉(zhuan)移的PT單分子(zi)膜(mo)浸入乙腈(jing)中(zhong)的0.15 M FeCl3中(zhong)5分鐘，然后用(yong)乙腈(jing)沖洗[29]。對于(yu)每種類型(xing)的單層，測量(liang)六(liu)個單獨的樣品(pin)，以獲得(de)平(ping)均(jun)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(la)伸條件下(xia)，測量了(le)轉移到100μm厚PDMS懸浮(fu)基(ji)底上(shang)的單(dan)分子膜的表(biao)面電阻。在每種情況下(xia)使用兩個樣(yang)品(pin)，拉(la)伸過程中采用1%拉(la)長/s的速度。還研究了(le)樣(yang)品(pin)循環對表(biao)面電阻的影(ying)響。為(wei)此(ci)，每個樣(yang)品(pin)使用10個拉(la)伸釋放周期（1%/s），每個周期之間延遲30秒。

2.5.單分子膜楊氏模量的測量

單層(ceng)電(dian)極(ji)的(de)(de)楊(yang)(yang)(yang)氏模(mo)量(liang)(liang)通(tong)過(guo)(guo)使用單軸拉伸試驗裝置(zhi)的(de)(de)拉伸試驗進行測量(liang)(liang)。通(tong)過(guo)(guo)測量(liang)(liang)極(ji)軟的(de)(de)10μm厚PDMS基底(di)（楊(yang)(yang)(yang)氏模(mo)量(liang)(liang)為40 kPa）上單層(ceng)的(de)(de)硬化沖擊，可以(yi)計算單層(ceng)的(de)(de)楊(yang)(yang)(yang)氏模(mo)量(liang)(liang)（關于PDMS制備的(de)(de)更多(duo)詳細信息(xi)，見補充數(shu)據，第3.2節）。使用直線電(dian)機(ji)(ji)（Saia Burgess的(de)(de)UAL）以(yi)0.67%/s的(de)(de)應(ying)(ying)變速率(lv)對PDMS膜(mo)進行單軸循環拉伸（20%應(ying)(ying)變）。拉伸方向平(ping)行于PDMS矩形的(de)(de)2 mm邊緣，因此拉伸的(de)(de)PDMS膜(mo)處于純(chun)剪應(ying)(ying)力(li)狀態。在測量(liang)(liang)過(guo)(guo)程中，使用力(li)傳感器(qi)（Futek LSB200，容量(liang)(liang)100 mN）和步進電(dian)機(ji)(ji)編(bian)碼器(qi)同時測量(liang)(liang)力(li)和樣品(pin)伸長率(lv)，從而(er)能夠表示應(ying)(ying)力(li)-應(ying)(ying)變關系。在整個實驗過(guo)(guo)程中，編(bian)寫了LabVIEW代碼來(lai)控制電(dian)機(ji)(ji)和力(li)傳感器(qi)。

測(ce)量(liang)裸(luo)PDMS膜(mo)(mo)的(de)楊氏模量(liang)后，將單層(ceng)電(dian)極(ji)轉移到這些(xie)PDMS膜(mo)(mo)上。使用與裸(luo)PDMS膜(mo)(mo)相同的(de)參數(shu)測(ce)定PDMS+電(dian)極(ji)雙層(ceng)的(de)楊氏模量(liang)。PDMS+電(dian)極(ji)雙層(ceng)由(you)兩(liang)個(ge)長度和寬度相等的(de)粘附層(ceng)形成，因此使用[33]計算電(dian)極(ji)楊氏模量(liang)：

其中Y是(shi)楊氏模量，t是(shi)厚度。

2.6.DEAs制造

制(zhi)備了2.0μm厚(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)PDMS膜(mo)(mo)(mo)（Sylgard 186，道康寧(ning)）作為DEA的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)DE膜(mo)(mo)(mo)（PDMS膜(mo)(mo)(mo)制(zhi)造的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)詳細信息見補(bu)充數據，第3.3節(jie)）。為了處(chu)理和預(yu)(yu)(yu)拉伸(shen)亞微米懸浮PDMS膜(mo)(mo)(mo)，開發了一(yi)(yi)種可拉伸(shen)支(zhi)架(jia)(jia)，該支(zhi)架(jia)(jia)由(you)丙烯酸(suan)粘(zhan)合(he)劑（3M，VHB 4905）制(zhi)成，上面(mian)覆蓋有(you)硅轉移(yi)粘(zhan)合(he)劑（粘(zhan)合(he)劑研究，ARclear 8932）。使用可拉伸(shen)支(zhi)架(jia)(jia)，從PET基材上釋放2.0μm厚(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)懸浮PDMS膜(mo)(mo)(mo)，并以(yi)1.2的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)性(xing)比(bi)等雙軸預(yu)(yu)(yu)拉伸(shen)至1.4μm厚(hou)(hou)（圖(tu)(tu)2a）。使用硅酮(tong)轉移(yi)粘(zhan)合(he)劑將(jiang)預(yu)(yu)(yu)拉伸(shen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)PDMS固(gu)定在(zai)(zai)聚甲基丙烯酸(suan)甲酯（PMMA）支(zhi)架(jia)(jia)（圖(tu)(tu)2b）上。將(jiang)掩(yan)(yan)(yan)模(mo)(mo)（由(you)硅粘(zhan)合(he)劑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)背膜(mo)(mo)(mo)ARclear 8932制(zhi)成）放置在(zai)(zai)懸浮的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)PDM上（圖(tu)(tu)2c）。掩(yan)(yan)(yan)膜(mo)(mo)(mo)用于通過LS轉移(yi)形成單(dan)層(ceng)圖(tu)(tu)案(an)，并保持懸浮PDMS膜(mo)(mo)(mo)平坦（圖(tu)(tu)2d）。在(zai)(zai)單(dan)層(ceng)電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)LS轉移(yi)后，在(zai)(zai)掩(yan)(yan)(yan)模(mo)(mo)和PDMS層(ceng)之(zhi)(zhi)間沉(chen)積一(yi)(yi)滴乙醇(chun)以(yi)幫助剝(bo)離掩(yan)(yan)(yan)模(mo)(mo)。獲得(de)了一(yi)(yi)側帶有(you)圖(tu)(tu)案(an)化單(dan)層(ceng)電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)預(yu)(yu)(yu)拉伸(shen)PDMS薄膜(mo)(mo)(mo)（圖(tu)(tu)2e）。將(jiang)帶有(you)一(yi)(yi)個(ge)轉移(yi)電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)PDMS膜(mo)(mo)(mo)涂敷在(zai)(zai)較(jiao)小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)架(jia)(jia)上，PDMS裸露(lu)表(biao)面(mian)朝上（圖(tu)(tu)2f）。在(zai)(zai)這(zhe)個(ge)較(jiao)小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)架(jia)(jia)上，第一(yi)(yi)個(ge)圖(tu)(tu)案(an)化電(dian)極(ji)與銅(tong)連接接觸（圖(tu)(tu)2g），第二(er)個(ge)電(dian)極(ji)在(zai)(zai)另一(yi)(yi)側轉移(yi)（圖(tu)(tu)2c-e）。使用硅酮(tong)轉移(yi)粘(zhan)合(he)劑將(jiang)另一(yi)(yi)個(ge)較(jiao)小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)保持環粘(zhan)合(he)到(dao)DEA，以(yi)提供第二(er)電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)接觸（圖(tu)(tu)2h）。使用少量(liang)導電(dian)銀環氧樹脂確保單(dan)層(ceng)電(dian)極(ji)和銅(tong)帶之(zhi)(zhi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)良好電(dian)氣連接（參(can)見補(bu)充數據，第4節(jie)，圖(tu)(tu)S3）。DEA的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)區(qu)（直徑3mm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)循環）位于預(yu)(yu)(yu)拉伸(shen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)1.4μm厚(hou)(hou)PDMS膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)中心，兩個(ge)電(dian)極(ji)重(zhong)疊。

圖(tu)2。采用LS技術(shu)制(zhi)(zhi)備1.4μm厚DEA的(de)(de)工藝。（a）懸(xuan)浮式PDM（Sylgard 186）等雙(shuang)軸(zhou)預拉(la)伸（初始厚度：2.0μm，拉(la)伸后(hou)：1.4μm）。（b）懸(xuan)浮拉(la)伸1.4μm厚的(de)(de)PDMS膜，固定在(zai)PMMA支架上(shang)(shang)。（c）在(zai)懸(xuan)浮膜上(shang)(shang)放(fang)置(zhi)一個面罩。（d）在(zai)空氣-水(shui)界面形(xing)成的(de)(de)單(dan)(dan)層電(dian)極(ji)在(zai)帶(dai)有(you)掩膜的(de)(de)懸(xuan)浮PDMS膜上(shang)(shang)的(de)(de)LS轉移(yi)。（e）PDMS上(shang)(shang)的(de)(de)圖(tu)案(an)(an)化單(dan)(dan)層電(dian)極(ji)。（f）將(jiang)覆蓋有(you)圖(tu)案(an)(an)化單(dan)(dan)層電(dian)極(ji)的(de)(de)PDMS膜轉移(yi)到較小的(de)(de)PMMA支架上(shang)(shang)。（g）圖(tu)案(an)(an)化單(dan)(dan)層電(dian)極(ji)位于PDMS的(de)(de)下側(ce)，電(dian)極(ji)與銅帶(dai)連接，PDMS的(de)(de)上(shang)(shang)側(ce)不(bu)帶(dai)電(dian)極(ji)。（h）采用LS電(dian)極(ji)技術(shu)制(zhi)(zhi)造DEA。

在制造的(de)DEA的(de)兩(liang)個電(dian)(dian)極之間施加(jia)高達130V的(de)電(dian)(dian)壓(ya)。測量中(zhong)心活性(xing)區的(de)直徑線(xian)性(xing)應(ying)變(bian)，作為施加(jia)電(dian)(dian)壓(ya)的(de)函數(shu)。還測量了線(xian)性(xing)應(ying)變(bian)作為頻率的(de)函數(shu)，以表征DEA的(de)速度(du)。