高度柔性的有機快閃記憶體:可用於電子紙張和可穿戴設備!

2021-01-08 環球創新智慧

導讀

最近，韓國科學技術院的科研團隊開發出一種超柔性的有機閃速存儲器，它可彎曲到低至300μm的半徑。這種存儲器不僅具有與現有工業標準相同的編程電壓，而且具有相當長的數據預計保留時間。

關鍵字

存儲器、材料、有機、柔性、可穿戴

背景

快閃記憶體是一種長壽命、非易失性、基於電晶體的存儲器，也就是說它在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息。在我們日常生活中，它已經成為大多數電子系統中不可或缺的部分。快閃記憶體的運行機制簡單，易於集成到 NAND 或者 NOR 陣列架構中，已經被認為是目前為止最成功、最主流的非易失性存儲器技術。

（圖片來源：維基百科）

與其他計算機設備一樣，存儲器也具有柔性化的發展趨勢。筆者曾介紹過，法國斯特拉斯堡大學、國家科學研究中心(CNRS）、柏林洪堡大學 、斯洛維尼亞新戈裡察大學的研究人員組成的研究團隊開發出一種柔性、非易失的、由有機納米材料組成的光學存儲薄膜電晶體器件。

（圖片來源: Paolo Samori/法國斯特拉斯堡大學& CNRS）

來自柏林洪堡大學的團隊成員 Stefan Hecht 表示：

「通過其他有機元器件（有機發光二極體和有機場效應電晶體）實現電子設備，是重要的一步，因為整個系統會因為有機電子的優勢而受益。」

儘管有機電子設備的研究初期顯得非常有前景，然而該領域的整體進展已經遠遠落後於薄膜電晶體（TFTs）或其他基於柔性材料的設備。

這項技術一直以來就極具有挑戰性，特別是開發同時具有高度柔性和良好性能的快閃記憶體，原因主要是缺乏負責貫穿和阻擋電荷的柔性介電層。

創新

最近，韓國科學技術院（KAIST）的科研團隊研發出一種超柔性的有機閃速存儲器，也稱「快閃記憶體」（ flash memory ），它可彎曲到低至300μm的半徑。這種存儲器不僅具有與現有工業標準相同的編程電壓，而且具有相當長的數據預計保留時間。

（圖片來源：KAIST）

電氣工程學院教授 Seunghyup Yoo 與化學和生物工程系教授 Sung Gap Im 領導的一個聯合研究團隊表示，他們的存儲器技術可應用於非傳統的襯底，例如塑料和紙張，表現出這項技術具有廣泛應用的可行性。

這項論文發表於 9月28日的 《自然通信》（ Nature Communications ）雜誌，論文的領導作者是 Seungwon Lee 博士和 Hanul Moon 博士。

技術

（圖片來源：KAIST）

大多數聚合物介電層製備所用的溶液澱積工藝，使得它們很難應用於快閃記憶體。這是由於形成雙層介電結構的複雜性，而雙層介電結構是快閃記憶體操作的關鍵。然而，研究團隊嘗試通過引發式化學氣相沉積（iCVD）生長的聚合物絕緣子薄膜，克服這些障礙實現高度柔性的快閃記憶體。

引發式化學氣相沉積（iCVD）方法是一種綠色新型的功能高分子薄膜製備方法。結合傳統的液相自由基聚合反應與化學氣相沉積技術，iCVD方法將聚合所需的引發劑和功能單體氣化引入腔體，在較低加熱溫度下誘導引發劑裂解，使單體聚合成高分子薄膜沉積於襯底上。沉積過程中襯底溫度控制在室溫範圍，因此不會傷害其性能。與傳統液相製備過程相比，iCVD法製得薄膜緻密均勻、厚度可控，且適用於任何材質的襯底；與PECVD等高能氣相法相比，其條件溫和、過程可控，且可完美保留所需官能團。

引發式化學氣相沉積（iCVD），之前被認為是適合製造柔性TFTs 聚合物的氣相生長技術。而這項研究進一步顯示：這些基於iCVD的聚合物絕緣子，經過合理設計和材料選擇後，也會對快閃記憶體產生極大貢獻。使用傳統聚合物絕緣膜的存儲器通常需要高於100V 的電壓，獲取長時間的存儲器記憶能力。如果製造出的器件工作於低電壓，它的記憶期會低於一個月，從而造成問題。

KAIST 團隊製造出了具有10V左右編程電壓的快閃記憶體，預計的數據保留時間可超過10年，同時在2.8%的機械應變情況下，仍可保持性能。現有的基於無機絕緣層的存儲器只允許1%的機械應變，相對而言，這項技術帶來了顯著的改進。

在一個6毫米厚的超薄塑料薄膜上，團隊製造出一種快閃記憶體，演示了這種可摺疊的存儲器。此外，團隊還成功地在印刷紙上製造出了這種快閃記憶體，為一次性的智能電子產品，例如電子紙張和電子名片，開闢了道路。

（圖片來源：參考資料【2】）

價值

總結一下，這種高度柔性存儲器的創新價值在於：它不僅符合現有工業標準的編程電壓，而且具有相當長的數據預計保留時間，保證了存儲器的非易失性。同時，它還可應用於非傳統的柔性襯底，例如塑料和紙張，應用前景廣闊，最終重要的是它仍然可以保持良好的性能。

Yoo 教授表示：

「這項研究很好地說明了，即使是高度柔性的快閃記憶體，也可以具有切實可行的性能水平，所以它將有利於成熟的可穿戴電子設備和智能紙張的發展。」

參考資料

【1】http://www.kaist.ac.kr/_prog/_board/?code=ed_news&mode=V&no=72581&upr_ntt_no=72581&site_dvs_cd=en&menu_dvs_cd=060101

【2】http://dx.

doi.org/10.1038/s41467-017-00805-z

相關焦點

  • 用於下一代可穿戴設備的有機光電探測器
    轉自微信公眾號：柔性電子服務平臺作者：Lynn下一代可穿戴電子設備需要柔韌性和可拉伸性，以便能夠與人體緊密結合。目前市場上的光電探測器都是基於剛性的無機晶體材料，其機械柔性有限。相比之下，基於有機聚合物和分子的光電探測器由於其固有的機械柔性、易於加工、可調的光電特性、良好的光傳感性能和生物相容性，已經成為很有前途的替代選擇。
  • 可穿戴技術重大突破:有機納米材料製成柔性存儲器
    有機納米材料，作為一項常規技術突破，已廣泛應用於柔性電子領域，例如製成柔性邏輯電路或者顯示器。但是，目前的可穿戴電子設備中，有機納米材料並沒有得到更廣泛應用，主要是因為它們無法產生柔性、非易失、具有實用的讀寫速度的存儲器。最近，一組國際研究人員團隊的突破性研究，解決了這一問題。
  • 科學家用普通鉛筆和紙張創建可實時監控心率的可穿戴設備
    近日，來自密蘇裡大學的研究團隊展示了如何使用普通的鉛筆和紙張，來構建生物識別的可穿戴設備。這些皮膚上的電子設備可用於監測各種局部物理條件，包括生物物理（溫度、生物電位）傳感器、汗液生化（pH值、尿酸、葡萄糖）傳感器、熱刺激器和溼度能量採集器。
  • 柔性、可彎曲化將是未來電子設備的發展潮流
    柔性、可彎曲化將是未來電子設備的發展潮流 工程師4 發表於 2018-05-01 14:56:00 隨著電子設備的發展，柔性電子設備越來越受到大家的重視，這種設備是指在存在一定範圍的形變
  • 全球首款柔性全彩電子紙發布 將應用於可穿戴式設備
    【環球網科技綜合報導】12月7日消息，近日，電子紙廠商元太科技（E Ink）與電子紙顯示器廠商Plastic Logic合作發布全球首款柔性全彩電子紙。據了解，該電子紙大小為2.1英寸，綜合了元太科技的先進彩色電子紙技術（ACeP）以及Plastic Logic的有機薄膜電晶體（oTFT）背板技術，有望應用於需要兼具輕薄與軟性的顯示應用領域，如可穿戴式設備。具體而言，元太科技的ACeP是全反射式的彩色電子紙技術，無需使用彩色濾光片即可實現全彩顯示效果，目前已應用在廣告牌等場景中。
  • 應用於可穿戴設備領域的柔性混合電路方案
    應用於可穿戴設備領域的柔性混合電路方案 DevicePlus 發表於 2021-01-15 16:22:21 雖然基於剛性PCB板的傳統電子電路設計已經成為數位技術時代發展的可靠基礎，但這種設計可支持的外形尺寸和功能仍然有限
  • 中國研製出柔性可拉伸電容器 解決可穿戴智能設備難題
    復旦大學高分子科學系和先進材料實驗室彭慧勝教授團隊日前研製出世界首個可拉伸的線狀超級電容器。柔性可穿戴智能設備是當今電子產品的主流發展方向，這種可拉伸的彈性電容器將成為其重要部件。，柔性可穿戴電子設備是當今電子產品的主流發展方向。
  • 大面積柔性有機光電二極體在可穿戴弱光光電探測器領域優於矽器件
    大面積柔性有機光電二極體在可穿戴弱光光電探測器領域優於矽器件柔性大面積有機光電二極體的性能已經發展到可以與傳統的矽光電二極體技術相比提供的優勢，特別是對於諸如生物醫學成像和生物特徵監測等要求在大範圍內檢測低水平光的應用。
  • 「真正可穿戴」的電子皮膚問世，可在任意方向伸展60%
    該團隊表示它還可以在任何方向上伸展 60％，並且不會破壞內部的電子設備。據悉，為研究該設備，肖建亮和張偉耗時五年左右，為製造這款彈力產品，肖建亮和同事使用絲網印刷來創建液態金屬絲網絡。然後將這些電路夾在兩層薄膜之間，這兩層薄膜是由一種稱為聚亞胺的高度柔性和自愈材料製成的。
  • 「真正可穿戴」的電子皮膚問世,可在任意方向伸展60%
    據悉，為研究該設備，肖建亮和張偉耗時五年左右，為製造這款彈力產品，肖建亮和同事使用絲網印刷來創建液態金屬絲網絡。然後將這些電路夾在兩層薄膜之間，這兩層薄膜是由一種稱為聚亞胺的高度柔性和自愈材料製成的。該設備通過一種低成本製造方法，將剛性、柔性和液體材料均勻地集成一起，並結合材料、化學和力學方面的技術，使其具有卓越的延展性、自癒合性、可回收性和可重構性。這一可穿戴電子系統的性能可以在健康、醫療、科技等許多領域得到應用。
  • 可監控用戶心率和步數的電子皮膚或可替代智慧型手機等可穿戴設備
    根據《dailymail》消息：美國專家通過將液態金屬線包裹在兩個柔性聚合物層之間，開發出了一種完全可回收的「電子皮膚」，其作用類似於可拉伸的電路板。未來，可穿戴設備可以採用能自我修復的「電子皮膚」，可以監控用戶的心率和步數。
  • 淺談柔性可穿戴電子傳感器的三大關鍵部分
    於是科研人員紛紛投身開發新材料 、新工藝和開發新型傳感器；實現傳感器的集成化和智能化；實現傳感技術硬體系統與元器件的微小型化；與其它學科的交叉整合的傳感器。同時 ， 希望傳感器還能夠具有透明、柔韌 、延展 、可自由彎曲甚至摺疊 、便於攜帶、可穿戴等特點 。隨著柔性基質材料的發展，滿足上述各類趨勢特點的柔性傳感器在此基礎上應運而生 。
  • 中科院物構所光固化3D列印研究獲新進展,可用於柔性可穿戴傳感器
    相關研究成果發表在Advanced Functional Materials上，博士研究生彭樞強為論文第一作者，高級工程師翁子驤和吳立新為論文的通訊作者。隨著物聯網技術的出現，可穿戴設備的發展最近引起了學術界及工業界的興趣。在可穿戴設備中，用於將生理信號轉換為數字數據的傳感器起著重要的作用。
  • 可穿戴電子設備的特點及其市場挑戰
    圖 1：智能可穿戴電子設備。 可穿戴電子設備的興起雖然大多是消費者的需求推動所致，但可穿戴電子設備的應用領域亦是應有盡用： 資訊娛樂：用於了解資訊和娛樂，包括音樂、照片、視頻、導航和電子郵件。智能手錶上即便採用高解析度顯示屏，可操作的空間亦是十分有限。 要想保持易用性，則需要在屏幕空間的佔用比和結果信息的可讀性間做出適當的權衡。 顯示屏的功耗管理是可穿戴設備領先製造商發展的主要動力。 他們廣泛使用功耗較全彩 LCD 或 OLED 顯示屏低的產品，例如電子墨水或電子紙等。 和任何電子設備一樣，可穿戴電子設備必須由可充電電池或其他充電方式供電。 這通常需要可連接電源的埠來給電池充電。
  • 柔性可穿戴器件的散熱問題被中國科學家解決了
    近年來，柔性可穿戴電子器件發展迅速，其應用性廣、實用性強，因此逐漸在日常生活中嶄露頭角，同時也成為科學界和工業界共同青睞的新興領域。此外，因為現代人們對於健康生活日益增長的需求，可穿戴電子器件、柔性電子科技等研究在生命健康領域頗受歡迎，如智能手錶、運動手環、心臟起搏器等等，已經成為監護身體健康生物信號的重要護航者，具有非常廣闊的產業前景。
  • 卡耐基梅隆大學3D列印可拉伸可穿戴的電子「紋身」
    根據3D科學谷的市場觀察，來自卡內基梅隆大學工程學院和葡萄牙科英布拉大學系統與機器人研究所的研究人員開發了一種簡單有效的方法來製造堅固、高度靈活的紋身式電路，用於可穿戴計算。因為它們具有類似於輕質織物的機械性能，所以它們在彎曲、摺疊、扭曲和30％以上的應變（這是人類皮膚的典型可拉伸性）下仍保持功能。它們可以貼合併附著在高度彎曲的3D表面上，例如人腦或檸檬模型。超薄、順應性電子紋身的應用包括表皮生物監測、軟機器人、柔性顯示器等。
  • 中科院福建物構所光固化3D列印研究獲新進展,可用於柔性可穿戴傳感器
    相關研究成果發表在Advanced Functional Materials上，博士研究生彭樞強為論文第一作者，高級工程師翁子驤和吳立新為論文的通訊作者。 隨著物聯網技術的出現，可穿戴設備的發展最近引起了學術界及工業界的興趣。在可穿戴設備中，用於將生理信號轉換為數字數據的傳感器起著重要的作用。
  • 空氣穩定的有機自由基：用於柔性電子的新一代材料？
    近期，Boudouris教授課題組報導了一種具有高電導率的非共軛有機自由基聚合物，這為在柔性電子設備中使用有機非共軛自由基的可能性提供了啟發。實際上，較早之前就已經有報導高電導率的共軛有機自由基材料，包括電荷轉移配合物和單組分有機自由基，其電導率高達1000 S cm -1。在過去的幾年中，有機自由基，特別是空氣穩定的氮氧自由基已經廣泛用於能量存儲和轉換設備。
  • 可自我修復，可回收和可重構的液態金屬可穿戴電子皮膚
    多功能可穿戴電子設備包含三個傳感模塊：（i）由運算放大器和電阻器實現的ECG傳感器，（ii）用於體溫傳感的溫度計傳感器，以及（iii）用於聲學和運動傳感的加速度計（圖1A）。圖1B提供了該設計示意圖的分解圖，其中包括共晶鎵-銦（EGaIn）LM合金，以及封裝在兩個薄彈性聚亞胺膜之間的商用小型晶片組件。
  • 新型電子皮膚，終將終結可穿戴設備？
    電子皮膚是通過電學信號的集成與反饋來模擬人體皮膚感受外界刺激（壓力、溫度、溼度）的新型電子器件。電子皮膚作為一種柔性觸覺仿生傳感器已經廣泛地應用於人體生理參數檢測與機器人觸覺感知等領域，近年來是世界各國研究者廣泛關注的熱點。曾有業內人士指出，電子皮膚的出現有可能終結所有可穿戴設備。