憶阻器，是表示磁通與電荷關(guān)系的電路器件。憶阻具有電阻的量綱，但和電阻不同的是，憶阻的阻值是由流經(jīng)它的電荷確定。因此，通過測(cè)定憶阻的阻值，便可知道流經(jīng)它的電荷量，從而有記憶電荷的作用。
多孔有機(jī)聚合物薄膜具有本征多孔性和可調(diào)節(jié)的孔隙環(huán)境，適合于電子器件的應(yīng)用。然而，由于缺乏魯棒性、可加工性和制備的可控性，基于多孔有機(jī)聚合物薄膜的電子器件的構(gòu)建仍存在挑戰(zhàn)。咔唑是一種具有較低氧化電位的高電活性單元，可通過電化學(xué)策略制備多孔有機(jī)聚合物薄膜，這為制備基于多孔有機(jī)聚合物薄膜的電子器件提供了思路。近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心研究員韓寶航課題組與研究員孫連峰課題組合作，在電化學(xué)制備的多孔有機(jī)聚合物膜應(yīng)用于憶阻器方面取得重要進(jìn)展。
科研人員設(shè)計(jì)并合成了一系列含有咔唑單元的單體用來通過電化學(xué)方法構(gòu)建薄膜。由單體cz-0cn、cz-1cn和cz-2cn通過電化學(xué)聚合分別得到多孔有機(jī)聚合物薄膜ecpf-0、ecpf-1和ecpf-2。這些電化學(xué)聚合的多孔有機(jī)聚合物薄膜具有良好的完整性、連續(xù)性和光潔度。薄膜的厚度在10 ~ 200 nm范圍內(nèi)可精確調(diào)控。利用功能分子的可設(shè)計(jì)性，科研人員將不同數(shù)量的氰基單元作為吸電子基團(tuán)引入到分子中。結(jié)果表明，基于具有最高氰基含量的ecpf-2構(gòu)建的憶阻器表現(xiàn)出最優(yōu)的低開關(guān)電壓(+0.60±0.25 v)以及最優(yōu)的開/關(guān)比(104)。
由于良好的電子轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，基于ecpf-2器件的開關(guān)比是基于無氰基ecpf-0的器件的近1000倍。得益于電化學(xué)聚合的多孔有機(jī)聚合物薄膜的魯棒性，基于這些薄膜構(gòu)建的憶阻器能夠穩(wěn)定運(yùn)行約700個(gè)周期，并顯示出對(duì)于各種惡劣環(huán)境場(chǎng)景的良好耐受性。研究提出的電化學(xué)聚合的多孔有機(jī)聚合物薄膜策略為開發(fā)包括憶阻器等電子器件的功能材料提供了可行思路。
相關(guān)研究成果以electrochemical preparation of porous organic polymer films for high-performance memristors為題，發(fā)表在angewandte chemie international edition上，并被遴選為vip論文。研究成果還獲得華南理工大學(xué)教授顧成在電化學(xué)聚合以及材料表征方面的幫助。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)以及科技部納米重大專項(xiàng)資助的支持。
咔唑基多孔有機(jī)聚合物膜的電化學(xué)聚合及其在憶阻器應(yīng)用中的性能評(píng)估