一种具有高生物兼容性的有机多糖材料忆阻器及其制备方法

技术领域

本发明属于有机二极管忆阻器件技术领域，具体涉及一种具有高生物兼容性的有机多糖材料忆阻器及其制备方法。

背景技术

关于有机材料记忆效应的研究始于20世纪70年代，有学者在聚苯乙烯和铜-四氰基喹二甲烷(Cu-TNCQ)薄膜中观察到了不同电阻状态之间的转换现象。21世纪以来，有机存储器件取得了重大进展，特别是具有优异结构稳定性的有机小分子材料的运用，很大程度上改良了存储器运行期间的长期循环性能。

使用环保和可持续的有机材料可以减少金属氧化物和化合物的使用，一定程度上缓解了资源的过度消耗和环境的恶化。其中，天然生物材料可以直接从植物或动物中提取，不需要复杂的化学合成和加工，而且具有与生物体和可降解医疗植入物结合的潜力，因此基于生物材料的忆阻器有望在生物医学中具有引人入胜的应用。

木聚糖是从植物纤维中提取的天然生物聚合物，具有良好的生物相容性。在生物医学应用中，将木聚糖用作忆阻器材料可以减少对生物体的不良反应和排斥反应，提高材料的生物相容性，相比于传统的电子材料，如金属或无机材料，木聚糖的使用可以减少对有限资源的依赖，降低环境影响

但目前使用木聚糖作为忆阻器材料时仍存在一定不足，如常具有较高的黏性和粘附性，难以进行精确的加工和薄膜制备。因此，需要开发适合天然生物材料的加工方法和薄膜制备技术，以实现高质量的忆阻器器件。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种具有高生物兼容性的有机多糖材料忆阻器，所述忆阻器为垂直三明治结构，包括基底层、底部电极层、有机功能层以及顶部电极层；

其中，所述有机功能层材料为木聚糖，结构式如式A所示：

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述基底层材料为玻璃。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述底部电极层材料为氧化铟锡，厚度为185nm。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述有机功能层厚度为70～80n m。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述顶部电极层为银电极，厚度为20～30nm。

本发明再一的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种具有高生物兼容性的有机多糖材料忆阻器的制备方法

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：包括，

以导电玻璃为基底，在基底表面涂覆氧化烟锡生成底部电极层，得到ITO导电玻璃，依次进行清洗、吹干、烘干、紫外臭氧处理；

在处理后的ITO导电玻璃的底部电极层面旋涂木聚糖溶液，退火、成膜得到有机功能层，再在有机功能层表面蒸镀金属银形成顶部电极层，蒸镀结束即得到具有高生物兼容性的忆阻器。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述吹干为通过氮气吹干，所述烘干为置于烘箱烘干，其中，烘干温度为120℃，烘干时间为1～2h。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述旋涂木聚糖溶液，其中，木聚糖溶液的溶剂为超纯水，木聚糖浓度为45mg/mL，发明人发现，当木聚糖溶液浓度低于45mg/mL时，由于浓度不足，忆阻器性能不佳；

所述旋涂速度为500rpm～1000rpm，旋涂时间为9s～30s。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述退火的温度为60℃，时间为1h。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述蒸镀的速度为

本发明有益效果：

(1)本发明以木聚糖为有机层材料，超纯水作为有机层旋涂的溶剂，制得具有高生物兼容性的忆阻器，与现有技术相比，具有绿色环保无污染的特点。

(2)本发明的结构设计简单、工艺便于操作、制备简便而且产率高，具有普适性，为提高与生物具有良好相容性的阻变存储器的综合性能开拓了一条有效的路径。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是有机忆阻器器件结构图。

图2是实施例1制备的有机忆阻器150个cycle的IV曲线。

图3是实施例1制备的有机忆阻器的IV曲线SET、RESET Voltage的分布图。

图4是实施例1制备的有机忆阻器在不断切换高低阻态过程中电阻值的变化过程。

图5为本发明对比例1制备的忆阻器的IV曲线

图6是对比例2有机忆阻器器件的IV曲线。

图7是对比例3有机忆阻器器件的IV曲线。

图8是对比例4有机忆阻器器件的IV曲线。

图9是对比例5有机忆阻器器件的IV曲线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明所用原料无特殊说明均为本领域普通市售。

实施例1

本实施例提供了一种具有高生物兼容性的有机多糖材料忆阻器的制备方法，得到的忆阻器的结构如图1所示，具体为：

1)以导电玻璃为基底，在基底层(100)表面涂覆氧化烟锡生成厚度为185nm的底部电极层(200)，得到ITO导电玻璃，依次经过ITO清洗剂、超纯水清洗30min，随后吹干并置于120℃的烘箱中放置60min烘干，再紫外臭氧处理30min；

2)在处理后的ITO导电玻璃的底部电极层(200)面旋涂浓度为45mg/m L、溶剂为超纯水的木聚糖溶液，先以500rpm的转速旋涂9s，然后以1000rpm(发明人发现此转速低于1000rpm会影响溶液流动性，进而影响覆涂效果)的转速旋涂30s，60℃条件下退火1h，成膜得到厚度为70～80nm有机功能层(300)；

3)再在有机功能层(300)表面蒸镀金属银形成顶部电极层(400)，具体为：将成膜好的ITO导电玻璃放进真空蒸镀设备中，控制真空室内压强为5×10

图2为本实施例制得的有机忆阻器150个cycle的IV曲线，从图中可以看出该忆阻器开关比较大，约为10

图4展示了该忆阻器在不断切换高低阻态过程中电阻值的变化过程，可以看出，电阻值始终保持稳定的两态分布，说明器件内部导电丝的形成和擦除过程都很稳定，从而器件表现出优异的电学性能。

对比例1

本对比例与实施例1不同之处在于，调整木聚糖溶液的溶剂为二甲基亚砜，其余制备工艺均与实施例1相同，制得本对比例的忆阻器。

图5为本对比例1制备的忆阻器的IV曲线，对本对比例与实施例1的忆阻器相关电学指标进行对比，结果如表1所示。

表1

经过与实施例1制得的忆阻器进行对比，可以看出，实施例1以超纯水为溶剂制备的忆阻器相较于以二甲基亚砜制备的忆阻器导电丝形成过程更加稳定，电学性能更加优异。

对比例2

本对比例与实施例1不同之处在于，调整木聚糖溶液的浓度为47.5mg/mL，其余制备工艺均与实施例1相同，制得本实施例的忆阻器。

如图6所示，本对比例的忆阻器器件的IV曲线，在循环中表现出明显的易失性，说明该浓度下导电丝的形成和断裂不稳定。

对比例3

本对比例与实施例1不同之处在于，调整木聚糖溶液的浓度为50mg/mL，其余制备工艺均与实施例1相同，制得本实施例的忆阻器。

图7为本对比例有机忆阻器器件的IV曲线，可以看出，与实施例1在相同悬涂转速下，溶液浓度越大，器件的开关比也随之变大，但是器件极易表现出Worm特性，即只有导电丝生成的过程而没有擦除的过程，进而导致稳定性不佳。

对比例4

本对比例与实施例1不同之处在于，调整旋涂的速度为先以500rpm的转速旋涂9s，然后以1500rpm的转速旋涂30s，其余制备工艺均与实施例1相同，制得本实施例的忆阻器。

图8为实施例4有机忆阻器器件的IV曲线，当加大悬涂转速时，器件的IV图中开关比急剧减小，不足一个数量级，而且能稳定循环再现的圈数变少。

对比例5

本对比例与实施例1不同之处在于，调整旋涂的速度为先以500rpm的转速旋涂9s，然后以2000rpm的转速旋涂30s，其余制备工艺均与实施例1相同，制得本实施例的忆阻器。

图9为实施例5有机忆阻器器件的IV曲线，IV图中没有明显的可读写可擦除的过程，性能不稳定，而且开关比太小。

综上，本发明以木聚糖为有机层材料，并以超纯水作为其溶剂旋涂得到均一光滑薄膜，制得的忆阻器具有低操作电压，高开关比，高的保持特性>1*10

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。