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2019-06-07
忆阻器是由功能层及其两端的电极组成的两电极器件。其工作原理是基于功能层的电双稳态实现的，具体表现为器件的电流在电压作用下会出现突然变大并保持该状态的现象。忆阻器的这种在电学刺激下连接增强或者减弱的特点，与神经突触的工作原理十分相似，因此在人工智能神经网络的设计和制备中有着十分良好的应用前景。而寻找在严苛环境下（高温、溶剂等环境）电学性能依然稳定的功能层是真正实现人工智能神经网络制备的关键。
日前，天津大学天津市分子光电重点实验室的雷圣宾教授和胡文平教授团队，利用均苯三甲醛(BTA)和对苯二胺(PDA)通过希夫碱反应在空气-水界面上合成了晶圆尺寸、均匀且具有自支撑性能的二维聚合物薄膜(2DPBTA+PDA)。希夫碱二维聚合物共价、多孔、绝缘的特点，非常适合用于电化学金属化忆阻器，因此，研究者设计了Ag/2DPBTA+PDA/ITO结构的忆阻器件，并对其电学性能进行研究。结果表明，该器件表现出双极性非易失性电阻转换行为，并且其开关比可以通过二维聚合物的厚度从102到103进行有效的调控。进一步研究表明，该器件是基于活性电极Ag在电压作用下的电化学金属化过程实现的。该工作首次将二维聚合物应用在忆阻器件中。
进一步研究表明，基于二维聚合物薄膜较好的耐热和耐溶剂性能，Ag/2DPBTA+PDA/ITO在300摄氏度煅烧后和在不同的溶剂中都表现出良好的电阻转换行为。而其稳定的共价结构和柔性特征使二维聚合物薄膜在制备超薄和柔性器件时具有很大的优势。在这篇文章中，他们利用2.6 nm厚的2DPBTA+PDA薄膜所制备的忆阻器是目前有机功能层最薄的忆阻器件。
图1. Ag/2DPBTA+PDA/ITO器件的工作原理。
图2. Ag/2DPBTA+PDA/ITO器件电学性能的研究及机理探索。
图3. 基于2DPBTA+PDA的忆阻器件在严苛环境中的电学性质及在超薄和柔性器件中的应用。
基于希夫碱二维聚合物的忆阻器在严苛环境中所表现出的稳定的电阻转换行为及其在柔性器件中应用的工作，可能为可穿戴电子设备、智能皮肤和微创生物医学设备的应用提供良好的设计思路。该工作以“A Robust Nonvolatile Resistive Memory Device Based on a Freestanding Ultrathin 2D Imine Polymer Film”为题，发表在Advanced Materials上（DOI : 10.1002/adma.201902264）。
文献链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902264
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