本文關(guān)鍵詞：基于聚乙烯醇的柔性聚合物類突觸器件的制備與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于聚合物材料的有機(jī)薄膜場(chǎng)效應(yīng)管(OTFT)已有近30年的發(fā)展歷史。近年來,應(yīng)用于電子皮膚領(lǐng)域的OTFT器件得到了學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的共同關(guān)注。目前,電子皮膚領(lǐng)域絕大多數(shù)的研究工作都致力于實(shí)現(xiàn)與生物皮膚接近的高靈敏度傳感功能。事實(shí)上,對(duì)于外部信息的識(shí)別與感知僅僅是生物皮膚應(yīng)激性的最基本、最初級(jí)的表現(xiàn)；生物系統(tǒng)中,皮膚感知到的物理刺激通常會(huì)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào),再由反射弧傳導(dǎo)至中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的軀體感覺皮質(zhì),進(jìn)行更為復(fù)雜的加工處理。電子皮膚當(dāng)前存在的一個(gè)主要問題就是對(duì)于外部信息識(shí)別處理功能的缺失,其主要制約因素為柔性類突觸電子器件的缺乏。如果對(duì)現(xiàn)有的電子皮膚概念加以擴(kuò)展,將依賴于傳感器陣列的物理傳感功能與依賴于類突觸器件的信息處理功能有機(jī)結(jié)合,這一多元化、多功能的廣義“電子皮膚系統(tǒng)”在機(jī)器人、生物醫(yī)藥以及可穿戴設(shè)備領(lǐng)域?qū)⒕哂袠O為廣闊的應(yīng)用前景。具有自主的活動(dòng)依賴可塑性以及良好的機(jī)械柔性的聚合物類突觸器件將能夠?yàn)椤半娮悠つw系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)與應(yīng)用打開新的思路。盡管基于有機(jī)阻變存儲(chǔ)器的柔性信息存儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)有所報(bào)道,但其仍然難以提供柔性類突觸器件所須具備的若干主要特征,例如,有機(jī)阻變存儲(chǔ)器難以實(shí)現(xiàn)多態(tài)存儲(chǔ),性能穩(wěn)定性不高以及在小曲率下器件性能發(fā)生退化等。本論文中,我們首次制備了基于聚乙烯醇(PVA)材料的柔性聚合物類突觸器件,該器件采用與生物突觸類似的兩端器件結(jié)構(gòu)以替代傳統(tǒng)的場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)。同時(shí),我們提出了一種關(guān)鍵的聚合物材料PVA,用于構(gòu)建柔性類突觸器件。到目前為止,見諸報(bào)道的用于有機(jī)阻變存儲(chǔ)器件的功能材料大多數(shù)都是含有苯環(huán)或雜環(huán)結(jié)構(gòu)(如咔唑基團(tuán))的芳香族聚合物,這些材料難以滿足電子皮膚的生物兼容性要求。PVA安全無毒、兼具優(yōu)良的生物兼容性與成膜性能,非常適合作為電子皮膚器件的功能材料。我們選擇PVA材料的另一重要原因是其內(nèi)部存在大量電場(chǎng)可控的“偶極子”,為模擬突觸的活動(dòng)依賴可塑性提供了可能。本研究中,我們首次在實(shí)驗(yàn)上直接觀測(cè)到了PVA中“偶極子”在外加電場(chǎng)作用下的取向排列現(xiàn)象,證明了PVA薄膜電場(chǎng)調(diào)制極化效應(yīng)的存在�，F(xiàn)將本文的主要工作總結(jié)如下：1. 我們利用旋涂法制備了一系列不同制備參數(shù)的PVA薄膜,并利用傅立葉變換紅外光譜、原子力顯微鏡等技術(shù)手段對(duì)上述薄膜的結(jié)構(gòu)、成分以及表面形貌進(jìn)行了分析,為在優(yōu)化器件制備參數(shù)的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行性能優(yōu)化提供了條件。我們得到的最佳旋涂工藝為：PVA溶液濃度12 mg/ml,勻膠轉(zhuǎn)速2000 rpm,勻膠時(shí)間40 s。2. 我們提出了一種在有機(jī)器件中實(shí)現(xiàn)類突觸可塑性的全新機(jī)制。目前最為常見的有機(jī)阻變機(jī)制包括電荷轉(zhuǎn)移、構(gòu)象轉(zhuǎn)換、空間電荷限制電流以及導(dǎo)電細(xì)絲等。PVA薄膜中電場(chǎng)可控的“偶極子”能夠在其與電極界面處產(chǎn)生一定數(shù)量的極化電荷,實(shí)現(xiàn)對(duì)界面勢(shì)壘的調(diào)制,從而能夠模擬生物突觸的活動(dòng)依賴可塑性。這一機(jī)制對(duì)于在有機(jī)阻變存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)多態(tài)存儲(chǔ)具有重要的參考價(jià)值。3. 我們利用單個(gè)電壓脈沖模式對(duì)PVA電子突觸的活動(dòng)依賴可塑性進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明,PVA器件的短時(shí)程可塑性通常是由數(shù)量有限、脈寬較窄的電脈沖誘導(dǎo)產(chǎn)生的,若想得到長時(shí)程可塑性,則必須增加電脈沖的數(shù)量或脈寬；以上結(jié)果體現(xiàn)出與生物系統(tǒng)一致的‘"Rehearsal"依賴性。此外,在生物系統(tǒng)中,突觸權(quán)重變化量對(duì)于刺激信號(hào)的幅值大小、作用時(shí)間與重復(fù)頻率相當(dāng)敏感,對(duì)這一特性的模擬將促進(jìn)仿生物突觸計(jì)算功能的實(shí)現(xiàn)。由于電場(chǎng)可控“偶極子”的存在,PVA電子突觸在以上方面均表現(xiàn)出與生物突觸相一致的特性,從而有望在電子皮膚系統(tǒng)中提供與生物神經(jīng)系統(tǒng)類似的信號(hào)識(shí)別與處理功能。4. 我們成功模擬了拇指、大魚際和手腕對(duì)應(yīng)的特征曲率條件下的突觸可塑性,驗(yàn)證了PVA電子突觸能夠在不同曲率條件下展現(xiàn)出一致的“尖峰時(shí)間可塑性”。這一結(jié)果為在電子皮膚中實(shí)現(xiàn)觸覺感知與生理信號(hào)處理等功能創(chuàng)造了可能。本論文為應(yīng)用于電子皮膚系統(tǒng)的柔性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了新材料、新機(jī)制與新思路。
【關(guān)鍵詞】：聚乙烯醇 柔性類突觸器件 突觸可塑性 電子皮膚系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TQ317;R318.08
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-38
• 1.1 電子皮膚及有機(jī)電子學(xué)概述13-16
• 1.1.1 電子皮膚的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀13-15
• 1.1.2 有機(jī)電子學(xué)的發(fā)展歷程15-16
• 1.2 幾種重要的柔性有機(jī)電子器件16-22
• 1.2.1 有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.2 有機(jī)薄膜晶體管存儲(chǔ)器研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.3 有機(jī)阻變存儲(chǔ)器研究現(xiàn)狀18-21
• 1.2.4 有機(jī)阻變存儲(chǔ)器常見的電阻轉(zhuǎn)變機(jī)制21-22
• 1.3 憶阻器及其在模擬生物突觸功能領(lǐng)域的應(yīng)用22-27
• 1.3.1 憶阻器概述23-24
• 1.3.2 憶阻器在模擬生物突觸功能領(lǐng)域的應(yīng)用24-27
• 1.4 PVA的基本性質(zhì)及應(yīng)用27-29
• 1.4.1 PVA的基本物化性質(zhì)及其作為OTFT柵介質(zhì)層的應(yīng)用27-28
• 1.4.2 選擇PVA作為聚合物突觸功能材料的原因28-29
• 1.5 本論文的工作意義、目的及內(nèi)容29-31
• 參考文獻(xiàn)31-38
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原理與方法38-46
• 2.1 薄膜樣品制備技術(shù)38-40
• 2.1.1 磁控濺射38-39
• 2.1.2 旋涂法39-40
• 2.2 器件制備流程40-42
• 2.2.1 基片處理40
• 2.2.2 底電極制備40-41
• 2.2.3 溶液配制41
• 2.2.4 薄膜制備41
• 2.2.5 上電極制備41-42
• 2.3 薄膜的基本物性表征42-44
• 2.3.1 膜厚儀42
• 2.3.2 紫外-可見光分光光度計(jì)42
• 2.3.3 原子力顯微鏡42-43
• 2.3.4 壓電響應(yīng)力顯微鏡43
• 2.3.5 傅立葉變換紅外光譜43
• 2.3.6 掃描電子顯微鏡43-44
• 2.4 電學(xué)性能測(cè)試44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 參考文獻(xiàn)45-46
• 第三章 ITO電極與PVA薄膜物性表征46-55
• 3.1 ITO底電極的電導(dǎo)特性及材料表征46-48
• 3.1.1 ITO底電極的制備條件優(yōu)化46-47
• 3.1.2 ITO底電極薄膜的物性與結(jié)構(gòu)表征47-48
• 3.2 不同制備條件對(duì)PVA薄膜基本性質(zhì)的影響48-52
• 3.2.1 不同溶液濃度對(duì)PVA薄膜厚度及表面形貌的影響48-50
• 3.2.2 不同勻膠轉(zhuǎn)速對(duì)PVA薄膜厚度及表面形貌的影響50-51
• 3.2.3 不同勻膠時(shí)間對(duì)PVA薄膜厚度及表面形貌的影響51-52
• 3.3 PVA薄膜的結(jié)構(gòu)表征52-53
• 3.3.1 傅立葉變換紅外光譜測(cè)試52
• 3.3.2 紫外-可見光分光光度測(cè)試52-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 參考文獻(xiàn)54-55
• 第四章 基于石英玻璃襯底的PVA憶阻器件的憶阻特性與機(jī)制研究55-71
• 4.1 基于石英玻璃襯底的PVA憶阻器件的設(shè)計(jì)與制備55-57
• 4.2 基于石英玻璃襯底的PVA憶阻器件基本電學(xué)特性57-58
• 4.3 PVA憶阻器件的阻態(tài)變化機(jī)制58-61
• 4.4 PVA憶阻器件的生物突觸功能模擬61-68
• 4.4.1 PVA器件的LTP/LTD特性及其“Rehearsal”依賴性61-65
• 4.4.2 PVA憶阻器件的STP特性及對(duì)不同電脈沖信號(hào)的響應(yīng)65-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 第五章 基于PET柔性襯底的PVA憶阻器件類突觸行為研究71-80
• 5.1 基于柔性PET襯底的PVA憶阻器件的設(shè)計(jì)與制備71-72
• 5.2 柔性PVA憶阻器件的電學(xué)性能測(cè)試方法72-73
• 5.3 柔性PVA憶阻器件的生物突觸功能模擬及應(yīng)用73-78
• 5.3.1 柔性PVA憶阻器件對(duì)于不同電脈沖信號(hào)的響應(yīng)74-76
• 5.3.2 柔性PVA憶阻器件的STDP函數(shù)模擬及應(yīng)用76-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 參考文獻(xiàn)79-80
• 第六章 結(jié)論與展望80-83
• 6.1 結(jié)論80-81
• 6.2 今后工作的展望81-83
• 碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果83-84
• 致謝84-85

【共引文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 孫會(huì)彬;磷光過渡金屬配合物的光物理性質(zhì)調(diào)控與應(yīng)用研究[D];南京郵電大學(xué);2013年

2 殷成蓉;位阻功能化的π-堆積聚合物半導(dǎo)體材料的設(shè)計(jì)、合成及其性能研究[D];南京郵電大學(xué);2013年

3 安眾福;三嗪有機(jī)光電功能材料的不對(duì)稱分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D];南京郵電大學(xué);2014年

4 布寧斌;大面積微納結(jié)構(gòu)力控電紡絲直寫工藝與應(yīng)用[D];華中科技大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 郭玉秀;低電壓操作的柔性有機(jī)薄膜晶體管（OTFTs）的研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

2 石弘穎;高效、色穩(wěn)的柔性頂發(fā)射白光有機(jī)發(fā)光二極管[D];南京郵電大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：基于聚乙烯醇的柔性聚合物類突觸器件的制備與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：332619