一种基于勃姆石的新型透明伤害感受器的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于勃姆石的新型透明伤害感受器的制备方法，包括：在清洁的玻璃片、硅片或高分子材料基片上沉积导电膜层作为底电极；将镀有底电极的基片表面旋涂勃姆石薄膜作为功能介质层；将镀有底电极和功能介质层的基片表面沉积金属薄膜作为顶电极，得到含有底电极、勃姆石薄膜功能介质层和顶电极的三明治结构的新型透明伤害感受器。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术制备的基于勃姆石的新型伤害感受器，可以实现生物伤害感受器的致敏、脱敏、痛觉过敏和异常性疼痛行为；此外，基于良好生物生物相容性的AlOOH器件作为伤害感受器可以促进高性能神经形态器件的设计和生物集成，并进一步推动未来人工智能领域的发展。步推动未来人工智能领域的发展。步推动未来人工智能领域的发展。

【技术实现步骤摘要】
一种基于勃姆石的新型透明伤害感受器的制备方法


[0001]本专利技术涉及电子器件
，更确切地说，它涉及一种基于勃姆石的新型透明伤害感受器的制备方法。

技术介绍

[0002]基于忆阻器的存储和计算集成的优势成功为仿生内存计算提供更高效的替代方案，并能够实现在生物系统中观察到的伤害感受器的典型行为，例如如疼痛敏感、脱敏、异常性疼痛和痛觉过敏。其中，异常性疼痛是指设备通常对微弱刺激无反应，但在受伤后，伤害感受器会降低其疼痛阈值并对先前的微弱刺激作出反应。痛觉过敏是指对弱刺激的反应增加。这种新型人工伤害感受器系统可以为未来高性能智能和低功耗传感系统的开发做出贡献，例如视觉假肢、人造眼睛和类人机器人，具有广阔的前景。
[0003]但目前的报道中展示的大多数的伤害感受器都存在电铸电压高、开关比低、稳定性差等问题，以及需要高幅度和宽度的刺激电压脉冲来模拟伤害感受器的典型动作，这并不适用于节能应用和器件集成。同时，文献报道的伤害感受器大都由脆性和不具有生物相容性无机材料制成，这些器件无法满足人们对可穿戴或植入式需求的期望。
[0004]勃姆石(AlOOH)是一类具有良好生物相容性和在室温下具有高质子迁移率的层状结构的金属氢氧化物。在外电场刺激下，AlOOH层之间的OH键的长度可以根据电场强度的动态变化而变化，从而导致勃姆石层之间的质子迁移能垒发生变化，进而导致其阻值的变化。目前的人工伤害感受器多为依靠氧化物内部氧空位缺陷的迁移来调节器件的电导率。相较于传统氧化物，勃姆石通过调节OH键的长度实现的电导率变化，这种有趣的响应模式，更加迅速和节能，可以大大降低设备的能耗，同时有效解决伤害感受器作用的大幅度刺激电压脉冲的问题，并进一步消除传统氧化物内部氧空位传输缓慢导致的响应延迟。同时勃姆石具有良好的生物安全记录，是美国食品药品监督管理局(FDA)批准的各种人体疫苗中唯一的无机佐剂。所有这些特征都表明勃姆石是一种非常有前景用于构建人工伤害感受器的材料。但迄今为止，研究领域尚无基于勃姆石的伤害感受器的相关报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种基于勃姆石的新型透明伤害感受器的制备方法，该方法制得的基于勃姆石的新型透明伤害感受器，可以实现生物伤害感受器的致敏、脱敏、痛觉过敏和异常性疼痛行为。基于良好生物生物相容性的AlOOH基器件作为伤害感受器可以促进高性能神经形态器件的设计和生物集成，并进一步推动未来人工智能领域的发展。
[0006]第一方面，提供了一种基于勃姆石的新型透明伤害感受器的制备方法，包括：
[0007]步骤1、在清洁的玻璃片、硅片或高分子材料基片上沉积导电膜层作为底电极；所述高分子材料基片包括PET基片和PPMA基片；
[0008]步骤2、将步骤1得到的镀有底电极的基片表面旋涂勃姆石薄膜作为功能介质层；
[0009]步骤3、将步骤2得到的镀有底电极和功能介质层的基片表面沉积金属薄膜作为顶电极，得到含有底电极、勃姆石薄膜功能介质层和顶电极的三明治结构的新型透明伤害感受器。
[0010]作为优选，步骤1中，所述导电膜层的材料包括：氧化物导电陶瓷、惰性金属或活性金属；所述氧化物导电陶瓷包括ITO和FTO；所述惰性金属包括Au和Pt；所述活性金属包括Ag、Al和Cu。
[0011]作为优选，步骤1中，采用磁控溅射或真空蒸镀的方法沉积底电极，所述底电极的厚度在≥50nm。
[0012]作为优选，步骤2包括：
[0013]步骤2.1、采用溶胶
‑
凝胶法制备成的勃姆石溶胶；
[0014]步骤2.2、采用旋涂的方法将所述勃姆石溶胶旋涂在所述底电极上，形成勃姆石薄膜；所述勃姆石薄膜的厚度为5nm
‑
2000nm，所述勃姆石薄膜中纳米颗粒的尺寸范围为15nm
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200nm之间。
[0015]作为优选，步骤3中，所述金属薄膜的材料包括惰性金属电极或活性金属电极，所述惰性金属电极包括Pt和Au，所述活性金属电极包括Ag、Al和Cu。
[0016]作为优选，步骤3中，采用磁控溅射或真空蒸镀的方法沉积顶电极，所述顶电极的厚度在≥50nm。
[0017]第二方面，提供了一种如第一方面所述的新型透明伤害感受器，包括底电极、底电极表面的功能介质层和顶电极；所述功能介质层为勃姆石薄膜。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1.本专利技术首次选择勃姆石材料作为功能介质层，通过底电极和顶电极的构筑，成功获得基于勃姆石的新型人工伤害感受器，并通过一系列的编程实际演示验证伤害感受器的致敏、脱敏、痛觉过敏和异常性疼痛行为。
[0020]2.基于勃姆石的新型人工伤害感受器只需要低幅度的刺激电压脉冲来模拟伤害感受器功能，同时对电压的变化较为敏感。这对于将勃姆石基忆阻器构成的低幅值伤害感受器与CMOS神经元集成在一起，建成低功耗的感觉信号计算平台具有重要意义。
附图说明
[0021]图1是本申请制备的人工伤害感受器的结构示意图及对应电路图；
[0022]图2是实施例1制备的勃姆石薄膜的XRD图；
[0023]图3是实施例1制备的勃姆石薄膜的FTIR图；
[0024]图4是实施例1的人工伤害感受器的透明性表征示意图；
[0025]图5是实施例1的人工伤害感受器的阈值电压示意图；
[0026]图6是实施例1的人工伤害感受器的刺激反应示意图；
[0027]图7是实施例1的人工伤害感受器的主要特征和典型行为示意图；
[0028]附图标记说明：底电极1、功能介质层2、顶电极3。
具体实施方式
[0029]下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本
专利技术。应当指出，对于本
的普通人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。
[0030]一种基于勃姆石的新型透明伤害感受器的制备方法，包括如下步骤：
[0031]步骤S1，在衬底上沉积导电膜层，形成底电极；
[0032]具体的，导电膜层的材料包括导电陶瓷材料ITO、导电陶瓷材料FTO、金属Au、Pt、Ag、Al或Cu中的一种，衬底可选择玻璃片、硅片、或高分子材料(PET、PPMA等)基片，导电膜层采用磁控溅射或真空蒸镀的方法沉积在衬底上；另外，底电极也可以采用市售的ITO玻璃片、FTO玻璃片。
[0033]其中，不同沉底上作为底电极的导电膜层的厚度为50
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100nm，如50nm、80nm、100nm，或在该范围内的其他厚度。
[0034]步骤S2，在底电极表面涂覆勃姆石薄膜材料以形成功能介质层；
[0035]具体的，功能介质层的制备方法为：采用旋涂的方法使勃姆石溶胶涂覆在底电极上，然后真空干燥得到；且功能介质层的厚度为5
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2000nm，如5nm、5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于勃姆石的新型透明伤害感受器的制备方法，其特征在于，包括：步骤1、在清洁的玻璃片、硅片或高分子材料基片上沉积导电膜层作为底电极；所述高分子材料基片包括PET基片和PPMA基片；步骤2、将步骤1得到的镀有底电极的基片表面旋涂勃姆石薄膜作为功能介质层；步骤3、将步骤2得到的镀有底电极和功能介质层的基片表面沉积金属薄膜作为顶电极，得到含有底电极、勃姆石薄膜功能介质层和顶电极的三明治结构的新型透明伤害感受器。2.根据权利要求1所述的基于勃姆石的新型透明伤害感受器的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述导电膜层的材料包括：氧化物导电陶瓷、惰性金属或活性金属；所述氧化物导电陶瓷包括ITO和FTO；所述惰性金属包括Au和Pt；所述活性金属包括Ag、Al和Cu。3.根据权利要求1或2所述的基于勃姆石的新型透明伤害感受器的制备方法，其特征在于，步骤1中，采用磁控溅射或真空蒸镀的方法沉积底电极，所述底电极的厚度在≥50nm。4.根据权利要求1所述的基于勃姆石的新型透明伤害...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓平，岳建岭，胡海龙，楼玉民，赵宁宁，鲍听，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：