一种基于软物质界面的忆阻器及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于软物质界面的忆阻器及其使用方法，包括单通道PDMS块、复合通道PDMS块和中间层；复合通道PDMS块上开设有交叉结构通道和第二单直通道，交叉结构通道与第二单直通道连通，交叉结构通道的一端至少包括两个入口，复合通道PDMS块上覆盖有中间层，中间层上开设有通孔，中间层上覆盖有单通道PDMS块，单通道PDMS块上开设有第一单直通道，单通道PDMS块、中间层和复合通道PDMS块层封装为整体结构，所述第一单直通道和交叉结构通道另一端交叉重合，交叉重合位置与中间层的通孔位置对应。基于通道宽度调节的器件，产生的电信号与生物突触信号相似度极高，结合生物亲和的特性，使得器件在脑机交互、仿生学、智能穿戴等领域具有广阔的使用前景。域具有广阔的使用前景。域具有广阔的使用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于软物质界面的忆阻器及其使用方法


[0001]本专利技术属于忆阻器领域，尤其是一种基于软物质界面的忆阻器及其使用方法。

技术介绍

[0002]忆阻器，全称记忆电阻器(Memristor)，是由蔡少棠于1971年提出的构建电子器件体系中磁通量和电荷量的第四种基本器件。忆阻器的电阻值随过去一段时间流经该器件的电荷量而改变，由于这种特性和生物突触间传递电信号的特点类似，忆阻器也能提供构建人工智能和神经网络的新思路。忆阻器作为一种无源器件(独立器件，不需要电源)具有尺寸小、能耗低的特点，它的记忆行为可以被应用到高密度存储领域和信号处理领域。忆阻器具有天然的多电阻非线性特点，可以产生混沌电路，能被应用到保密通讯领域。
[0003]自2008年惠普实验室提出了一种微米级氧化钛二维固体忆阻器件以来，许多固态忆阻器被提出，原理包括金属氧化物氧空位移动，半导体参杂离子迁移等。一些流体忆阻器也被专利技术出来，原理基于流体和电极间氧化还原反应、离子液体在电极表面的吸附和解吸附、溶液离子浓度极化、纳米通道双电层中离子运输受限等。
[0004]忆阻器作为仿生突触或神经网络体系进而构建人机交互渠道，则需要忆阻器具有生物相容性且是一种与生物突触信号高度一致的独立器件(而非庞大的电路组合)而存在。现有的忆阻器有很大部分都需要一个这样的能耗和体积以及操控难度让额外的能量源(如额外热源、电源、光源等)，这是种电路组合而非器件。一些流体忆阻器虽然运用了液体环境，但器件内部保留了固体组成部分，并非完全柔性，也因为其生物相容性较差会与生物体产生排异反应，且因为这类忆阻器的原理不涉及通道的电控调节它们的信号与生物产生的信号差异大，并不适合于脑机交互领域。
[0005]忆阻器的应用广泛，但大部分忆阻器器件的工作核心需要的加工工艺在纳米量级或亚纳米量级，这一级别的加工对加工工艺要求非常苛刻，造价成本也及其昂贵，这将限制忆阻器的广泛使用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于软物质界面的忆阻器及其使用方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0008]一种基于软物质界面的忆阻器，包括单通道PDMS块、复合通道PDMS块和中间层；
[0009]所述复合通道PDMS块上开设有交叉结构通道和第二单直通道，所述交叉结构通道与第二单直通道连通，所述交叉结构通道的一端至少包括两个入口，所述复合通道PDMS块上覆盖有中间层，所述中间层上开设有通孔，所述中间层上覆盖有单通道PDMS块，所述单通道PDMS块上开设有第一单直通道，所述单通道PDMS块、中间层和复合通道PDMS块层封装为整体结构，所述第一单直通道和交叉结构通道另一端交叉重合，所述交叉重合位置与中间层的通孔位置对应。
[0010]进一步的，所述中间层包括单孔高聚物膜和多孔高聚物膜，所述多孔高聚物膜覆盖于复合通道PDMS块上，所述单孔高聚物膜覆盖于多孔高聚物膜上。
[0011]进一步的，所述单孔高聚物膜上开设有第一通孔，所述第一通孔的位置与第一单直通道和交叉结构通道的交叉重合位置对应，所述第一通孔的孔径小于第一单直通道和交叉结构通道的半径。
[0012]进一步的，所述单孔高聚物膜为激光刻蚀膜。
[0013]进一步的，所述多孔高聚物膜上开设有若干第二通孔，部分所述第二通孔与第一通孔位置对应，所述第二通孔的孔径小于1微米。
[0014]进一步的，所述多孔高聚物膜为核径迹加化学刻蚀膜。
[0015]进一步的，所述交叉结构通道为“Y”型、“T”型或“十”型通道。
[0016]进一步的，所述第一单直通道、第二单直通道和交叉结构通道的内壁均为亲水性表面。
[0017]一种所述基于软物质界面的忆阻器的使用方法，包括以下步骤：
[0018]从交叉结构通道的入口处分别接入不同相的流体；
[0019]在不同相的流体相交的位置通过挤压产生气泡或液滴，将气泡或液滴推至第一单直通道与交叉结构通道相交的位置；
[0020]在第一单直通道和交叉结构通道上分置外接电压源的阴阳电极，使受电场调制气泡或液滴的界面远离或靠近附近通道壁面，忆阻器器件电阻随之改变。
[0021]进一步的，所述不同相的流体之间不相溶。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术提供一种基于软物质界面的忆阻器，通过将单通道PDMS块、复合通道PDMS块和中间层整体封装，通过调整微米气泡和通道壁面之间的纳米通道宽度来改变器件的工作阻值状态。器件无需激励能量源，可以直接接入电场使用。开创了基于柔性物质界面的存算一体忆阻器，形成了一种基于电场下气液界面波动的软物质界面器件，器件在不做其它调整的情况下可以只通过调整输入扫描信号的频率完成欧姆电阻、二极管、忆阻器三种状态的转变。
[0024]本专利技术利用连续相和分散相的特性影响忆阻器的性质，具有很大的操作空间。非极性的和极性的分散相均能够在外场作用下形成形变，从而实现动态阻态转变效应，最终形成基于电解液体系的柔性界面的忆阻器。
[0025]本专利技术的基于软物质界面的忆阻器具有良好生物相容性，整个器件的组成部分都是柔性、无毒、具有较好的生物惰性的材料，且器件可以使用完全生物相容的与生理盐水浓度接近的氯化钠溶液和空气。利用柔性物质界面，如气液、液液界面，在外加场(如电场)的作用下，分散相产生极化和电场静电力作用下，产生形变造成动态组态变化，产生忆阻行为。
[0026]本专利技术的基于软物质界面的忆阻器整体可弯曲，可穿戴。器件组成材料造价低，制备工艺选择多，成本可控为较低水平。基于通道宽度调节的器件，产生的电信号与生物突触信号相似度极高，结合生物亲和的特性，使得器件在脑机交互、仿生学、智能穿戴等领域具有广阔的使用前景。
附图说明
[0027]为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]图1为本专利技术的器件结构俯视图。
[0029]图2为本专利技术的器件各层结构图。
[0030]其中：1
‑
第一单直通道，2
‑
第二单直通道，3
‑
交叉结构通道，4
‑
第一通孔，5
‑
第二通孔，A
‑
单孔高聚物膜，B
‑
多孔高聚物膜，C
‑
单通道PDMS块，D
‑
复合通道PDMS块。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于软物质界面的忆阻器，其特征在于，包括单通道PDMS块(C)、复合通道PDMS块(D)和中间层；所述复合通道PDMS块(D)上开设有交叉结构通道(3)和第二单直通道(2)，所述交叉结构通道(3)与第二单直通道(2)连通，所述交叉结构通道(3)的一端至少包括两个入口，所述复合通道PDMS块(D)上覆盖有中间层，所述中间层上开设有通孔，所述中间层上覆盖有单通道PDMS块(C)，所述单通道PDMS块(C)上开设有第一单直通道(1)，所述单通道PDMS块(C)、中间层和复合通道PDMS块(D)层封装为整体结构，所述第一单直通道(1)和交叉结构通道(3)另一端交叉重合，所述交叉重合位置与中间层的通孔位置对应。2.根据权利要求1所述的一种基于软物质界面的忆阻器，其特征在于，所述中间层包括单孔高聚物膜(A)和多孔高聚物膜(B)，所述多孔高聚物膜(B)覆盖于复合通道PDMS块(D)上，所述单孔高聚物膜(A)覆盖于多孔高聚物膜(B)上。3.根据权利要求2所述的一种基于软物质界面的忆阻器，其特征在于，所述单孔高聚物膜(A)上开设有第一通孔(4)，所述第一通孔(4)的位置与第一单直通道(1)和交叉结构通道(3)的交叉重合位置对应，所述第一通孔(4)的孔径小于第一单直通道(1)和交叉结构通道(3)的半径。4.根据权利要求2所述的一种基于软物质界...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢彦博，牛玥轲，马昱，周熹，王伟，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：