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新型忆阻器完全由喷墨打印将带来柔性存储器

发布时间:2023年03月17日    点击:[1]人次

新型忆阻器:完全由喷墨打印,将带来柔性存储器!

【中国包装网讯】美国杜克大学第一次完全由喷墨打印的方式,通过纳米油墨制造出柔性的忆阻器存储设备,未来有望应用于柔性电子设备包括RFID、环境传感器等领域。

现状分析

存储领域,很多人都并不陌生,说起优盘、移动硬盘、内存条等存储设备,每个人日常工作和生活都会经常接触。

近些年来,存储领域的创新很多,我之前就介绍过不少,例如相变存储器、可重写的磁荷冰、太赫兹辐射技术,铁钴合金材料等等,这些创新共同之处都在于使用新材料或者新技术,大幅提升存储器件的容量和速度。

虽然取得了不少进展,但是目前的存储设备还是难以摆脱「生产工艺复杂」、「成本高」、另外和其它电子产品一样的具有「僵硬」的形象。

创新探索

针对上述问题,美国杜克大学的科研人员在这方面进行了探索,他们单单利用了「气溶胶喷射打印机」和「纳米油墨」,就发明了一种新型「纳米油墨」“喷涂”式的数字存储设备,让我们离低成本、柔性的存储设备的未来又更近了一步。

杜克大学的研究生 Matthew Catenacci 在《电子材料》杂志上于3月27日发表了一篇论文,描述了该设备。他评论说:

“我们已经拥有了所有参数,让这项成果能够应用于现实,并且我们已经使用LED进行了小演示。”

关键技术

材料

该设备核心是邮票一般大小、基于「新型铜纳米线」的可印刷的材料。这种新材料是由涂有二氧化硅的铜纳米线制成,包裹于聚合物基体中,它用于存储数字信息。

喷墨打印制造

虽然该设备有点类似于四比特的闪存盘,但是它是首个「完全由打印而成的」数字存储器。与硅材料不一样,这种纳米线以及聚合物可溶于甲醇,形成一种液体,然后再通过打印机的喷嘴喷出,进行喷墨打印。

对此,论文的作者之一、杜克大学化学系的副教授 Benjamin Wiley 说:

“我们已经开发了一种方案,让整个设备用溶液打印形成,你可以将它应用于塑料、RFID标签、弯曲和柔性的基底,或者不能承受高温的基底。”

柔性

由于它能够在相对低温的条件下,利用喷墨印刷进行制造。所以,它可以在可弯曲的材料例如纸张、塑料或者纤维上,制造出可编程的柔性电子设备,应用于境传感器或者RFID标签等产品。

忆阻器

大多数的闪存盘以一些列的硅晶体管的形式编码信息,例如它们在带电的状态时代表“1”,当在不带电的状态时代表“0”。

而这种设备信息存储的方式,并不是依靠电荷的状态,而是依靠电阻的状态。对它施加一个小电压,它可以在高阻值状态(阻止电流流过)和低阻值状态(允许电流流过)之间切换。

这也正是我多次介绍过的「忆阻器」的概念,鉴于之前介绍过多次。这里就不反复介绍了,具体大家可以参考我之前的相关文章。

制造过程

根据研究人员的介绍,我简单梳理一下设备的制造过程:

首先,使用一种市场上可买到的金纳米油墨,在载玻片上打印出一些列的金电极,然后在金电极周围打印铜纳米线存储材料,最后再打印一系列的铜电极。

实验演示

科研人员首先将设备连接于具有4个LED灯的电路板上,4个灯代表4个比特位,可以编程出16个不同状态,每个状态由灯的不同开关组合来代表,也许现实世界中这些状态,可以通过编程变为数字、字母或者其它显示符号。

创新价值

尽管这些年来,不少的研究小组都设计出了类似的可印刷的存储设备,但是这个创新发明首次结合了一些列关键特定,使得它可以进行实际应用。

它的读取速度,或者说是状态之间的切换速度,差不多是3微秒,堪比闪存的速度。测试显示写入的信息可以保存达10年之久,而且材料可以被复发写入多次,而不会退化。

应用领域

Wiley 说:

“例如,目前RFID标签会编码特定的生产编号,特别地会用于记录库存。但是人们也逐渐想要存储产品能够感知到环境信息,例如药物是否经常在高温条件下存储?有一种方式就是用更加智能化的RFID标签,感知环境并且按时记录状态。”

未来,如果这项技术得以大规模商用,那么也许会使得存储设备变得无处不在,甚至包括我们的生活用品、药瓶、甚至衣服,都会变成存储器件。

但是,这种柔性设备并不是用来存储数字照片或者音乐等文件,因为它们的存储容量相对较小。我想,他们适用应该是以低成本和柔性为关键考量的领域。

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