【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于憶阻器，具體涉及一種仿生物突觸結構的憶阻器及其制備方法。
技術介紹
1、傳統電子計算機架構中的處理器和存儲器分離帶來了馮?諾依曼瓶頸，即處理單元和存儲單元之間頻繁的數據通信處理速度和能源利用效率的大大降低。而人腦中的突觸結構基于離子傳導實現處理單元和存儲單元的整合，能耗大大降低的同時實現對復雜信息的的高效并行處理。這讓人們致力于模擬生物突觸結構制備高性能突觸元件。憶阻器（memristor）是一種電阻隨時間和電壓發生變化的電子元件，憶阻器的動態可變電阻和非易失性電導率可實現與生物神經突觸類似的記憶和學習功能，成為類腦計算中仿生突觸的理想組件。
2、當前憶阻器通常為電子設備，但自然界大多依賴離子進行節能信息處理。離子被生物選擇為信息載體來產生和傳輸信號，離子的種類和化學性質多種多樣，賦予生命系統更強大的編碼和并行計算能力。所以，開發以離子作為信息載體，具有多離子選擇性功能的憶阻器對于未來實現低能耗，多數據并行編碼計算的神經形態設備至關重要。
3、當前離子憶阻器結構設計策略種類繁多，這里重點關注雙層結構憶阻器，目前主要由凝膠和膜構成。
4、雙層凝膠結構憶阻器，異質結構構建pn結實現高整流比（當前報道最高為158.64，通過在水凝膠中摻雜卟啉添加劑改變凝膠的電荷特性實現高整流比），具有二極管特性，構建電路實現邏輯門功能。部分雙層水凝膠的離子二極管器件可實現類生物突觸功能（如epsc），但其多離子選擇性響應、保留時間、對不同脈沖電壓的靈敏度以及能耗等性能有待于進一步探索。
>技術實現思路
1、針對上述技術問題，本專利技術提供了一種仿生物突觸結構的憶阻器及其制備方法，以期至少部分地解決上述技術問題，由此本專利技術提供的具體技術方案如下。
2、作為本專利技術的一個方面的實施例，提供了一種仿生物突觸結構的憶阻器，包括：
3、兩個相對設置的電極；以及
4、位于電極之間的冠醚摻雜二維材料膜層和位于冠醚摻雜二維材料膜層上的聚電解質水凝膠層；
5、其中，當電極上施加電壓時，聚電解質水凝膠層上的電極發生氧化反應產生金屬傳輸離子，金屬傳輸離子通過聚電解質水凝膠層到達冠醚摻雜二維材料膜層，基于冠醚摻雜二維材料膜層中冠醚分子與金屬傳輸離子的結合作用，實現對金屬傳輸離子的選擇性電學響應，使得憶阻器呈現與金屬傳輸離子的類型相關的電導值。
6、作為本專利技術的另一個方面的實施例，提供了一種上述憶阻器的制備方法，包括：
7、將冠醚分子與二維材料加入水中，混合均勻后成膜，得到冠醚摻雜二維材料膜；
8、將凝膠材料加入至聚電解質水溶液中，充分攪拌直至凝膠材料凝膠化，得到聚電解質水凝膠；
9、將聚電解質水凝膠堆疊在二維層狀材料膜表面后，放置在兩個相對設置的電極之間，得到仿生物突觸結構的憶阻器。
10、基于上述技術方案，在本專利技術提供的一種仿生物突觸結構的憶阻器及其制備方法中，將電極、聚電解質水凝膠與冠醚摻雜二維材料分別用于模擬生物突觸中突觸前膜、突觸間隙和突觸后膜結構。其中，聚電解質水凝膠層上的電極模擬突觸前膜、聚電解質水凝膠層模擬突觸間隙、冠醚摻雜二維材料膜層模擬突觸后膜，電極通過氧化反應提供的金屬傳輸離子模擬神經遞質，成功制備仿生物突觸結構的憶阻器。本專利技術提供的仿生物突觸結構的憶阻器通過電極氧化反應提供金屬傳輸離子，聚電解質水凝膠層提供傳輸通道以使金屬傳輸離子傳輸至冠醚摻雜二維材料膜層，冠醚分子與金屬傳輸離子結合，從而產生憶阻曲線，通過施加電壓控制金屬傳輸離子在冠醚摻雜二維材料膜層中的遷入遷出實現憶阻器整體電導可調。
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1.一種仿生物突觸結構的憶阻器，包括：
2.根據權利要求1所述的憶阻器，其中，所述冠醚摻雜二維材料膜層由冠醚分子摻雜的二維材料形成；
3.根據權利要求2所述的憶阻器，其中，所述二維材料包括氧化石墨烯、MXene中的至少一種；
4.根據權利要求2所述的憶阻器，其中，所述聚電解質材料包括聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸鈉、聚苯乙烯磺酸鉀、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸鈉、聚甲基丙烯酸鉀、聚乙烯磺酸、聚乙烯磺酸鈉、聚乙烯磺酸鉀、聚乙烯磷酸、聚乙烯磷酸鈉、聚乙烯磷酸鉀中的至少一種；
5.根據權利要求4所述的憶阻器，其中，所述多糖類凝膠材料包括淀粉、纖維素、海藻酸、透明質酸殼聚糖中的至少一種；
6.根據權利要求1-5中任一項所述的憶阻器，其中，所述冠醚摻雜二維材料膜層的厚度為3-4μm；
7.一種如權利要求1-6中任一項所述的憶阻器的制備方法，包括：
8.根據權利要求7所述的方法，其中，所述冠醚分子和二維材料的質量比為1:0.3-2。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，
10.根據權利要求7所述的方法，其中，所述凝膠材料的質量為所述聚電解質水溶液中水的質量的2-5%。
...【技術特征摘要】
1.一種仿生物突觸結構的憶阻器，包括：
2.根據權利要求1所述的憶阻器，其中，所述冠醚摻雜二維材料膜層由冠醚分子摻雜的二維材料形成；
3.根據權利要求2所述的憶阻器，其中，所述二維材料包括氧化石墨烯、mxene中的至少一種；
4.根據權利要求2所述的憶阻器，其中，所述聚電解質材料包括聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸鈉、聚苯乙烯磺酸鉀、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸鈉、聚甲基丙烯酸鉀、聚乙烯磺酸、聚乙烯磺酸鈉、聚乙烯磺酸鉀、聚乙烯磷酸、聚乙烯磷酸鈉、聚乙烯磷酸鉀中的至少一種；
5.根據權利要求4所述的憶...
【專利技術屬性】
技術研發人員：江雷，王莉，張振，
申請(專利權)人：中國科學技術大學蘇州高等研究院，
類型：發明
國別省市：
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