聚多巴胺薄膜及其应用、制备非易失性忆阻器和易失性忆阻器的方法技术

本发明专利技术涉及薄膜材料技术领域，具体公开一种聚多巴胺薄膜及其应用、制备非易失性忆阻器和易失性忆阻器的方法，本发明专利技术中的二维聚多巴胺薄膜制备简单，具有可控的厚度以及良好的均匀性。该均匀二维聚多巴胺薄膜结构在电场的作用下可以实现由无定形向有序结构的转变，并伴随着从高阻态向低阻态的变化。基于这一独特的结构特征，以及大面积均匀二维聚多巴胺薄膜表面固有的丰富羟基与氨基基团，该聚多巴胺薄膜可以应用于非易失性存储器与易失性存储器，并均具有高的开关比和良好的稳定性。均具有高的开关比和良好的稳定性。均具有高的开关比和良好的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
聚多巴胺薄膜及其应用、制备非易失性忆阻器和易失性忆阻器的方法


[0001]本专利技术涉及薄膜材料
，具体涉及一种聚多巴胺薄膜及其应用、制备非易失性忆阻器和易失性忆阻器的方法。

技术介绍

[0002]近年来，忆阻器件(也称为电阻开关器件)因其功耗低、开关速度快以及耐久性高等特征，在包括非易失性存储器、可重构开关、仿生神经形态计算、射频开关等领域显示出巨大的应用潜力。
[0003]通常，忆阻器件采用相对简单的金属/绝缘体/金属结构，主要在两种机制下工作。例如，在电化学金属化存储系统中，利用金属丝(如Cu或Ag)的形成和溶解可以构造低电阻和高电阻状态。另外，在变价存储器件中，氧阴离子的运动或阳离子的迁移可以导致金属氧化物材料的电阻变化，从而有助于这些器件的电阻切换。
[0004]迄今为止，人们已经开发出各种各样的有机材料(如钌与偶氮芳香族配体的配合物、芘与三唑、二维亚胺聚合物等)和无机材料(如TaOx、TiOx和HfOx等)来构建忆阻器件。尽管在这一领域取得了长足的进展，但开发具有可控组成、厚度、尺寸和导电性的纳米材料应用于忆阻器件仍然具有重要意义。
[0005]随着纳米材料的性质研究及其广阔的应用前景，探索具有新的组成、结构、尺寸、形貌和性能的纳米材料具有重要的意义。受海洋贻贝强黏附性能的启发，聚多巴胺(PDA)涂层由于具有类似的邻苯二酚和胺基等官能团，被认为是一种可以有效对几乎所有材料表面进行改性和功能化的方法。
[0006]自从2007年被首次发现以来(Science 2007,318(5849),426-430.)，PDA已经被证明具有许多独特的性能，如强附着力，亲水性，持久的稳定性和极好的生物相容性。因此，PDA已被应用于包括表面改性，生物医学器件制造，电化学等各种领域(J.Am.Chem.Soc.2013,135(1),377-383；Adv.Mater.2016,28(7),1489-1494；Angew.Chem.Int.Ed.2013,52(21),5535-5538)。但是PDA膜在忆阻器领域的应用还鲜有报道。
[0007]目前，PDA薄膜的制备有固体表面沉积和气液界面自组装两种方式。相比于在固体表面上的不均匀沉积，多巴胺在空气/水界面上的聚合是一个相对均匀成核过程，从而可以制备厚度可控、形貌相对有序的大面积PDA膜。但是由于多巴胺在空气/水界面上的聚合速率过快，形成的聚多巴胺薄膜存在连续性差、厚度过大的缺点，不利于薄膜的应用。
[0008]为了使PDA具有更广泛的应用，开发一种简便有效的方法来实现PDA的可控聚合与制备，对今后的研究与应用具有重要意义。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的PDA连续性差、平整性差、厚度可控性低
的缺陷，提供一种聚多巴胺薄膜的制备方法及其应用、制备非易失性忆阻器和易失性忆阻器的方法，该方法能得到大面积连续的聚多巴胺薄膜，且其具有更加均匀的厚度，更平整的表面，有利于在电子器件方面的应用。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种聚多巴胺薄膜，该薄膜是在密闭条件下，聚多巴胺高分子链在静置的多巴胺溶液表面的气液界面上，通过自组装的方法形成的；所述薄膜的厚度为1-20nm，粗糙度Ra为0.2-0.5nm。
[0011]本专利技术第二方面提供一种聚多巴胺薄膜在忆阻器件中的应用，所述忆阻器件包括非易失性忆阻器和易失性忆阻器。
[0012]本专利技术第三方面提供一种制备非易失性忆阻器的方法，包括：将所述的聚多巴胺薄膜转移到二氧化硅-硅基底的表面，然后在聚多巴胺薄膜上沉积金电极，制备非易失性忆阻器。
[0013]本专利技术第四方面提供一种制备易失性忆阻器的方法，包括：将所述的聚多巴胺薄膜转移到含有金底电极的二氧化硅-硅基底的表面，然后放置于含氧气氛中进行第一干燥；
[0014]得到的第一干燥产物再与硝酸银水溶液相接触，然后放置于含氧气氛中继续第二干燥；
[0015]将得到的第二干燥产物进行沉积银-金顶电极，制备易失性忆阻器。
[0016]本专利技术通过控制气液界面上的自组装处于密闭状态下而形成聚多巴胺薄膜，该薄膜的厚度容易控制且能具有极小厚度，厚度最小达到1nm，并具有很好的平整性，其粗糙度Ra为0.2-0.5nm。
[0017]相对于现有技术中的固液界面和气液界面形成聚多巴胺薄膜的方法，本专利技术还具有如下优势：1)均匀性和连续性更好，更有利于器件的性能；2)能控制聚多巴胺薄膜的厚度更小，特别是在保证聚多巴胺薄膜的连续性时，有利于器件的集成，制备的器件可以更小。
[0018]本专利技术的聚多巴胺薄膜具有在电压下从高阻态向低阻态转变的特征，用于非易失性忆阻器时，具有高的开关比，良好的工作稳定性，低阻态可以保持至少12天没有明显变化。
[0019]本专利技术的聚多巴胺薄膜表面具有丰富的羟基与氨基基团，可以原位还原银离子为银纳米颗粒，由于银纳米颗粒的迁移可以构筑易失性忆阻器，从而可以实现数据的反复存储。
[0020]本专利技术的其他特征和优点将在下述具体实施方式中予以详细说明。
附图说明
[0021]图1是制备的聚多巴胺薄膜转移前的普通拍摄图片；其中，(a)是制备例1制备的聚多巴胺薄膜，(b)是制备例1制备的聚多巴胺薄膜整体转移到去离子水表面。
[0022]图2是聚多巴胺薄膜的光学图片；其中，(a)是制备例1制备的聚多巴胺薄膜转移到衬底后的光学显微镜图片；(b)是对比例1制备的聚多巴胺薄膜转移到衬底后的光学显微镜图片。
[0023]图3是制备例1制备的聚多巴胺薄膜的拉曼光谱图。
[0024]图4是制备例1制备的聚多巴胺薄膜的红外光谱图。
[0025]图5是制备例1制备的聚多巴胺薄膜的原子力显微镜图。
[0026]图6是制备例1制备的聚多巴胺薄膜进行辐射后的透射电镜图，其中，(a)为低分辨率的透射电镜图，(b)为相对较高分辨率的透射电镜图。
[0027]图7是应用例1制备的非易失性忆阻器的电压-电流曲线图。
[0028]图8是应用例1制备的非易失性忆阻器的稳定性测试曲线图。
[0029]图9是应用例2制备的易失性忆阻器的电压-电流曲线图。
具体实施方式
[0030]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0031]本专利技术第一方面提供一种聚多巴胺薄膜，该薄膜是在密闭条件下，聚多巴胺高分子链在静置的多巴胺溶液表面的气液界面上，通过自组装的方法形成的；所述薄膜的厚度为1-20nm，粗糙度Ra为0.2-0.5nm。
[0032]本专利技术的专利技术人发现，通过在密闭静置的多巴胺溶液表面的气液界面上自组装形成的聚多巴胺薄膜，相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚多巴胺薄膜，其特征在于，该薄膜是在密闭条件下，聚多巴胺高分子链在静置的多巴胺溶液表面的气液界面上，通过自组装的方法形成的；所述薄膜的厚度为1-20nm，粗糙度Ra为0.2-0.5nm。2.根据权利要求1所述的薄膜，其中，所述方法还包括：将所述多巴胺溶液表面自组装形成的聚多巴胺薄膜转移后，继续在密闭条件下静置所述多巴胺溶液，在所述多巴胺溶液表面再次自组装形成聚多巴胺薄膜；优选地，所述静置的时间为0.5-48h，更优选1-20h；优选地，所述静置在无加热条件下进行；优选地，所述自组装在含氧气氛中进行，更优选所述自组装在空气下进行。3.根据权利要求1或2所述的薄膜，其中，所述多巴胺溶液通过将多巴胺盐酸盐溶解于Tris-HCl缓冲溶液中得到；优选地，所述多巴胺溶液中，所述多巴胺盐酸盐的浓度为0.1-1mg/mL；优选地，所述Tris-HCl缓冲溶液中三羟甲基氨基甲烷的浓度为5-50mM，所述Tris-HCl缓冲溶液的pH值为8-9。4.一种聚多巴胺薄膜在忆阻器件中的应用，所述忆阻器件包括非易失性忆阻器和易失性忆阻器。5.根据权利要求4所述的应用，其中，所述聚多巴胺薄膜为权利要求1-3中任意一项所述的薄膜。6.一种制备非易失性忆阻器的方法，其特征在于，包括：将权利要求1-3中任意一项所述的聚多巴胺薄膜转移到二氧化硅-硅基底的表面，然后在聚多巴胺薄膜上沉积金电极，制备非易失性忆阻器。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述二氧化硅-硅基底...

【专利技术属性】
技术研发人员：于贵，王华平，姜倩晴，蔡乐，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：