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蘇州科技大學(xué)李陽(yáng)團(tuán)隊(duì)CEJ:“有機(jī)離電能手”——基于有機(jī)離子-電子修飾和二維異質(zhì)結(jié)的高魯棒性MXene雜化憶阻器
  發(fā)布日期:2024-05-08

自Geim等人首次發(fā)現(xiàn)具有二維碳原子層的石墨烯結(jié)構(gòu)以來(lái),二維納米材料在納米電子學(xué)領(lǐng)域取得了非常大的研究進(jìn)展。近年來(lái),二維納米材料家族中最重要的新興成員之一是過(guò)渡金屬碳化物、氮化物和碳氮化物,即MXenes。其一般化學(xué)式為Mn+1XnTx(n = 1-4),其中M代表早期過(guò)渡金屬元素,X為碳或氮元素,Tx為表面基團(tuán)。然而,盡管其他二維納米材料(如石墨烯,MoS2等)在憶阻器領(lǐng)域已經(jīng)綻放異彩,但基于二維MXene材料的憶阻器報(bào)道相對(duì)較少。這主要是由于其主鏈結(jié)構(gòu)中具有豐富的自由電子,從而使其表現(xiàn)出類金屬導(dǎo)電性而非半導(dǎo)體特性。因此,發(fā)展將其應(yīng)用于憶阻器的有效策略非常重要。值得一提的是,MXene表面因?yàn)橹苽溥^(guò)程中的刻蝕步驟具有豐富的?OH,?F或=O表面基團(tuán),為其提供了功能化修飾的潛力。

近日,蘇州科技大學(xué)李陽(yáng)團(tuán)隊(duì)成功地通過(guò)表面工程策略實(shí)現(xiàn)了MXene在高魯棒性憶阻器中的應(yīng)用。基于MXene表面的豐富官能團(tuán),他們選擇一種兼?zhèn)涔曹椆羌芎蛷?qiáng)離子相互作用的天青石藍(lán)(CB)有機(jī)離子材料對(duì)Ti3C2Tx-MXene二維納米片表面進(jìn)行修飾,使Ti3C2Tx-MXene納米片的導(dǎo)電性從類金屬性轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體性質(zhì)。該有機(jī)-二維雜化材料Ti3C2Tx-CB具有離子-電子協(xié)同調(diào)控的優(yōu)點(diǎn),表現(xiàn)出雙極阻變開(kāi)關(guān)特性,包括低工作電壓(~0.9 V)和長(zhǎng)保留時(shí)間(>104 s)。此外,為了解決Ag/Ti3C2Tx-CB/ITO器件在持續(xù)工作后出現(xiàn)的性能衰減問(wèn)題,基于二維氧化石墨烯(GO)層狀結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了GO/Ti3C2Tx-CB/GO二維異質(zhì)結(jié),大大提高了憶阻性能的穩(wěn)定性。通過(guò)理論電荷輸運(yùn)模型和實(shí)驗(yàn)掃描電鏡分析表明,引入的二維氧化石墨烯層能夠起到緩沖層的作用,抑制了導(dǎo)電細(xì)絲的隨機(jī)擴(kuò)散和過(guò)度生長(zhǎng),這是實(shí)現(xiàn)器件高魯棒性的關(guān)鍵。該研究揭示了通過(guò)有機(jī)離子-電子修飾策略制備高性能MXene憶阻器的前景,并為擴(kuò)大新型二維納米材料在非易失性存儲(chǔ)器中的應(yīng)用提供了有效的指導(dǎo)。

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