2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1.化學(xué)制品

區(qū)域正聚（3-己基噻吩-2,5-二酰基）（P3HT，CAS 156074-98-5，純度為99.995%）和區(qū)域正聚（3-癸基噻吩-2,5-二酰基）（P3DT，CAS 110851-65-5，純度為99.995%）由Sigma Aldrich訂購(gòu)并按收貨時(shí)使用。多壁碳納米管（MWCNT；外徑15–35 nm，長(zhǎng)度≥10μm）從Nanothinx S.A.（希臘里約熱內(nèi)盧）購(gòu)買。聚（丙烯酸）（PAA，25%溶于水，CAS 9003-01-4）從Chemie Brunschwig訂購(gòu)。乙醇（99.9%）和氯仿（99.2%）從VWR Prolabo Chemicals訂購(gòu)。PDMS（Sylgard 186，MED-4086）和PDMS溶劑（OS-2）從道康寧（密歇根州奧本）訂購(gòu)。

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?jǐn)?shù)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(jù)光學(xué)顯微鏡圖像和補(bǔ)充數(shù)據(jù)（第1節(jié)，圖S1和表S1）中概述的LS轉(zhuǎn)移復(fù)合MWCNT/PT單層的表面電阻值，對(duì)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(shì)壘速度壓縮，并記錄表面壓力。在下文中，等溫線表示為槽面積的函數(shù)，而不是每個(gè)單體的面積。通過布魯斯特角顯微鏡原位驗(yàn)證氣道-水界面的單層均勻性；補(bǔ)充數(shù)據(jù)（第2節(jié)）[31]中給出了有關(guān)該技術(shù)的更多詳細(xì)信息。對(duì)于LS轉(zhuǎn)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(jī)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(zhuǎn)移完成。

2.3.原子力顯微鏡（AFM）

使用Rosset等人[32]報(bào)告的方法制備100μm厚的PDMS膜，并將其用作單層電極LS轉(zhuǎn)移的基底（補(bǔ)充數(shù)據(jù)，第3.1節(jié)）。AFM圖像采用Brüker公司的尺寸圖標(biāo)顯微鏡的峰值力敲擊模式進(jìn)行。使用彈簧常數(shù)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(shù)據(jù)處理。

2.4.表面電阻測(cè)量

將轉(zhuǎn)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(qū)。通過在銅電極之間施加10V的測(cè)量電流確定電阻。使用Gamry Instruments恒電位儀（參考600）進(jìn)行這些測(cè)量。

2.4.1.隨時(shí)間變化的表面電阻穩(wěn)定性

研究了PT摻雜對(duì)表面電阻穩(wěn)定性的影響。將轉(zhuǎn)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(duì)于每種類型的單層，測(cè)量六個(gè)單獨(dú)的樣品，以獲得平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2.4.2.作為應(yīng)變函數(shù)的表面電阻

在不同的拉伸條件下，測(cè)量了轉(zhuǎn)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，拉伸過程中采用1%拉長(zhǎng)/s的速度。還研究了樣品循環(huán)對(duì)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(cè)量

單層電極的楊氏模量通過使用單軸拉伸試驗(yàn)裝置的拉伸試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量。通過測(cè)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(jì)算單層的楊氏模量（關(guān)于PDMS制備的更多詳細(xì)信息，見補(bǔ)充數(shù)據(jù)，第3.2節(jié)）。使用直線電機(jī)（Saia Burgess的UAL）以0.67%/s的應(yīng)變速率對(duì)PDMS膜進(jìn)行單軸循環(huán)拉伸（20%應(yīng)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(yīng)力狀態(tài)。在測(cè)量過程中，使用力傳感器（Futek LSB200，容量100 mN）和步進(jìn)電機(jī)編碼器同時(shí)測(cè)量力和樣品伸長(zhǎng)率，從而能夠表示應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，編寫了LabVIEW代碼來(lái)控制電機(jī)和力傳感器。

測(cè)量裸PDMS膜的楊氏模量后，將單層電極轉(zhuǎn)移到這些PDMS膜上。使用與裸PDMS膜相同的參數(shù)測(cè)定PDMS+電極雙層的楊氏模量。PDMS+電極雙層由兩個(gè)長(zhǎng)度和寬度相等的粘附層形成，因此使用[33]計(jì)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(xì)信息見補(bǔ)充數(shù)據(jù)，第3.3節(jié)）。為了處理和預(yù)拉伸亞微米懸浮PDMS膜，開發(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(zhuǎn)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的線性比等雙軸預(yù)拉伸至1.4μm厚（圖2a）。使用硅酮轉(zhuǎn)移粘合劑將預(yù)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LS轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)帶有圖案化單層電極的預(yù)拉伸PDMS薄膜（圖2e）。將帶有一個(gè)轉(zhuǎn)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(cè)轉(zhuǎn)移（圖2c-e）。使用硅酮轉(zhuǎn)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(dǎo)電銀環(huán)氧樹脂確保單層電極和銅帶之間的良好電氣連接（參見補(bǔ)充數(shù)據(jù)，第4節(jié)，圖S3）。DEA的活性區(qū)（直徑3mm的循環(huán)）位于預(yù)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(yù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)移到較小的PMMA支架上。（g）圖案化單層電極位于PDMS的下側(cè)，電極與銅帶連接，PDMS的上側(cè)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(dá)130V的電壓。測(cè)量中心活性區(qū)的直徑線性應(yīng)變，作為施加電壓的函數(shù)。還測(cè)量了線性應(yīng)變作為頻率的函數(shù)，以表征DEA的速度。