【中國(guó)包裝網(wǎng)訊】美國(guó)杜克大學(xué)第一次完全由噴墨打印的方式，通過(guò)納米油墨制造出柔性的憶阻器存儲(chǔ)設(shè)備，未來(lái)有望應(yīng)用于柔性電子設(shè)備包括RFID、環(huán)境傳感器等領(lǐng)域。

現(xiàn)狀分析

存儲(chǔ)領(lǐng)域，很多人都并不陌生，說(shuō)起優(yōu)盤、移動(dòng)硬盤、內(nèi)存條等存儲(chǔ)設(shè)備，每個(gè)人日常工作和生活都會(huì)經(jīng)常接觸。

近些年來(lái)，存儲(chǔ)領(lǐng)域的創(chuàng)新很多，我之前就介紹過(guò)不少，例如相變存儲(chǔ)器、可重寫的磁荷冰、太赫茲輻射技術(shù)，鐵鈷合金材料等等，這些創(chuàng)新共同之處都在于使用新材料或者新技術(shù)，大幅提升存儲(chǔ)器件的容量和速度。

雖然取得了不少進(jìn)展，但是目前的存儲(chǔ)設(shè)備還是難以擺脫「生產(chǎn)工藝復(fù)雜」、「成本高」、另外和其它電子產(chǎn)品一樣的具有「僵硬」的形象。

創(chuàng)新探索

針對(duì)上述問(wèn)題，美國(guó)杜克大學(xué)的科研人員在這方面進(jìn)行了探索，他們單單利用了「氣溶膠噴射打印機(jī)」和「納米油墨」，就發(fā)明了一種新型「納米油墨」“噴涂”式的數(shù)字存儲(chǔ)設(shè)備，讓我們離低成本、柔性的存儲(chǔ)設(shè)備的未來(lái)又更近了一步。

杜克大學(xué)的研究生 Matthew Catenacci 在《電子材料》雜志上于3月27日發(fā)表了一篇論文，描述了該設(shè)備。他評(píng)論說(shuō)：

“我們已經(jīng)擁有了所有參數(shù)，讓這項(xiàng)成果能夠應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)，并且我們已經(jīng)使用LED進(jìn)行了小演示?！?

關(guān)鍵技術(shù)

材料

該設(shè)備核心是郵票一般大小、基于「新型銅納米線」的可印刷的材料。這種新材料是由涂有二氧化硅的銅納米線制成，包裹于聚合物基體中，它用于存儲(chǔ)數(shù)字信息。

噴墨打印制造

雖然該設(shè)備有點(diǎn)類似于四比特的閃存盤，但是它是首個(gè)「完全由打印而成的」數(shù)字存儲(chǔ)器。與硅材料不一樣，這種納米線以及聚合物可溶于甲醇，形成一種液體，然后再通過(guò)打印機(jī)的噴嘴噴出，進(jìn)行噴墨打印。

對(duì)此，論文的作者之一、杜克大學(xué)化學(xué)系的副教授 Benjamin Wiley 說(shuō)：

“我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種方案，讓整個(gè)設(shè)備用溶液打印形成，你可以將它應(yīng)用于塑料、RFID標(biāo)簽、彎曲和柔性的基底，或者不能承受高溫的基底。”

柔性

由于它能夠在相對(duì)低溫的條件下，利用噴墨印刷進(jìn)行制造。所以，它可以在可彎曲的材料例如紙張、塑料或者纖維上，制造出可編程的柔性電子設(shè)備，應(yīng)用于境傳感器或者RFID標(biāo)簽等產(chǎn)品。

憶阻器

大多數(shù)的閃存盤以一些列的硅晶體管的形式編碼信息，例如它們?cè)趲щ姷臓顟B(tài)時(shí)代表“1”，當(dāng)在不帶電的狀態(tài)時(shí)代表“0”。

而這種設(shè)備信息存儲(chǔ)的方式，并不是依靠電荷的狀態(tài)，而是依靠電阻的狀態(tài)。對(duì)它施加一個(gè)小電壓，它可以在高阻值狀態(tài)（阻止電流流過(guò)）和低阻值狀態(tài)（允許電流流過(guò)）之間切換。

這也正是我多次介紹過(guò)的「憶阻器」的概念，鑒于之前介紹過(guò)多次。這里就不反復(fù)介紹了，具體大家可以參考我之前的相關(guān)文章。

制造過(guò)程

根據(jù)研究人員的介紹，我簡(jiǎn)單梳理一下設(shè)備的制造過(guò)程：

首先，使用一種市場(chǎng)上可買到的金納米油墨，在載玻片上打印出一些列的金電極，然后在金電極周圍打印銅納米線存儲(chǔ)材料，最后再打印一系列的銅電極。

實(shí)驗(yàn)演示

科研人員首先將設(shè)備連接于具有4個(gè)LED燈的電路板上，4個(gè)燈代表4個(gè)比特位，可以編程出16個(gè)不同狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)由燈的不同開(kāi)關(guān)組合來(lái)代表，也許現(xiàn)實(shí)世界中這些狀態(tài)，可以通過(guò)編程變?yōu)閿?shù)字、字母或者其它顯示符號(hào)。

創(chuàng)新價(jià)值

盡管這些年來(lái)，不少的研究小組都設(shè)計(jì)出了類似的可印刷的存儲(chǔ)設(shè)備，但是這個(gè)創(chuàng)新發(fā)明首次結(jié)合了一些列關(guān)鍵特定，使得它可以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

它的讀取速度，或者說(shuō)是狀態(tài)之間的切換速度，差不多是3微秒，堪比閃存的速度。測(cè)試顯示寫入的信息可以保存達(dá)10年之久，而且材料可以被復(fù)發(fā)寫入多次，而不會(huì)退化。

應(yīng)用領(lǐng)域

Wiley 說(shuō)：

“例如，目前RFID標(biāo)簽會(huì)編碼特定的生產(chǎn)編號(hào)，特別地會(huì)用于記錄庫(kù)存。但是人們也逐漸想要存儲(chǔ)產(chǎn)品能夠感知到環(huán)境信息，例如藥物是否經(jīng)常在高溫條件下存儲(chǔ)？有一種方式就是用更加智能化的RFID標(biāo)簽，感知環(huán)境并且按時(shí)記錄狀態(tài)?！?

未來(lái)，如果這項(xiàng)技術(shù)得以大規(guī)模商用，那么也許會(huì)使得存儲(chǔ)設(shè)備變得無(wú)處不在，甚至包括我們的生活用品、藥瓶、甚至衣服，都會(huì)變成存儲(chǔ)器件。

但是，這種柔性設(shè)備并不是用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)字照片或者音樂(lè)等文件，因?yàn)樗鼈兊拇鎯?chǔ)容量相對(duì)較小。我想，他們適用應(yīng)該是以低成本和柔性為關(guān)鍵考量的領(lǐng)域。