导读

  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。