纳米结构巨压阻记忆和恢复效应的缺陷调控机制及非易失性应力传感和存储性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51462023
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    47.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The resistance of piezoresistive materials can change as they are deformed, and consequently, they can be applied in the motion detection of micro-/nano-electromechanical systems and the pressure sensors. For the bulk, however, its piezoresistive coefficient is quite low, and furthermore, its resistance can be restored immediately when the strain of materials disappears, resulting into a limiting of application scope. In this project, the traps of one-dimensional (1D) nanostructured semiconductors will be modulated by doping. Not only a giant piezoresistive effect will be achieved, but also the resistance of 1D nanostructures will orderly vary with strain. Especially, the resistance can remain a variation after the stress is removed and the strain disappears, and moreover, the variation value is dependent of the as-applied strain. Thus, these materials can store stress information. Additionally, the resistance variation induced by the strain can be restored by a relatively high outside electric field, and thus the stored stress information can be erased. As a consequence, the nanostructured materials not only can be applied in nonvolatile stress-related devices, such as pressure sensors and data storage devices. Eventually, the rewritable nonvolatile stress sensors and stress-writing data storage devices are fabricated based on an individual nanowire and composite nanostructures with the giant piezoresistive performance. The influence of species, concentration, and depth of defects and traps on the piezoresistive coefficient and the stress storing and restoring of nanostructures will be explored. The mechanisms associated with defect, strain and resistance will be revealed, and the constitutive equation will be established among them. The theoretical model of stress-storing information will be created, and the prototype devices of rewritable nonvolatile stress sensors and stress-writing data memories will be built based on a single nanowire and composite nanostrucutres. The theoretical, based on the performance modulation of nanostructures, will be established, and moreover, it will be provided the technical support for stress sensors and stress-writing memories based on nanostructures.
压阻材料的阻值随着材料形变而变化的特性使其在微纳机电系统的运动探测及压力传感中有着重要的应用前景。然而,常规块体材料的压阻系数较低,且阻值会随着应变的消失而恢复,成为制约其广泛应用的瓶颈。针对此关键问题,本项目拟采用掺杂等手段对一维纳米结构半导体的电荷陷阱进行可控调制,不仅实现巨压阻效应,而且阻值在应力撤除后仍存在决于所施加应变量的变化,另外变化的阻值可通过外界高电场的作用而恢复,实现对应力信息的记忆和擦除功能。然后,利用此材料的单一及复合纳米结构来构建可循环擦写的非易失性应力传感及应力写入型数据存储器。研究纳米结构中掺杂形成的缺陷陷阱种类、浓度和深度对压阻系数及应力记忆功能的影响规律;揭示缺陷-应变-电阻三者之间的关联机制,确立它们之间的本构方程;建立应力存储信息的理论模型,并构建出原型器件。为纳米结构的半导体性能调控奠定理论基础,也为实现基于纳米结构的新型应力传感及存储器提供技术支持。

结项摘要

压阻材料的阻值随着材料形变而变化的特性使其在微纳机电系统的运动探测及压力传感中有着重要的应用前景。然而,常规块体材料的压阻系数较低,且阻值会随着应变的消失而恢复,成为制约其广泛应用的瓶颈。针对此问题,我们提出纳米结构陷阱,特别是表面空间电荷区中的陷阱是影响纳米结构应力响应的主导因素。基于此,我们采用掺杂、组成和结构异质化、以及超纳复合结构构建等手段对一维纳米结构半导体的陷阱进行可控调制,不仅实现巨压阻效应,而且其阻值在应力撤除后仍存在取决于所施加应变量的变化,另外变化的阻值可通过外界高电场的作用而恢复,实现对应力信息可擦除的的非易失性感知与记忆功能。然后,利用此材料不仅构建出具有高灵敏度的瞬时应力传感器件,而且进一步构建出可循环擦写的非易失性应力感知与记忆型数据存储器见。通过深入的研究,得出了巨压阻效应源于压/张应力导致陷阱中心势垒高度的下降/上升,形成巨压阻效应。所有应力作用后都会导致陷阱中捕获载流子数目的下降,而高偏压下空出的陷阱能被填充,且这些状态在室温和低偏压下能被维持,从而产生可擦写的非易失性应力感知与记忆特性。我们提出了陷阱机制,建立了应力存储信息的理论模型,然后合成出相应结构材料,最终构建出高性能的原型器件。该工作为纳米结构的半导体性能调控奠定理论基础,也为实现基于纳米结构的新型应力传感及存储器提供技术支持。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Light-Induced Anomalous Resistive Switches Based on Individual Organic-Inorganic Halide Perovskite Micro-/Nanofibers
基于有机-无机卤化物钙钛矿微/纳米纤维的光致反常电阻开关
  • DOI:
    10.1002/aelm.201800206
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Advanced Electronic Materials
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Zhao Jie;Li Shujun;Tong Wenchao;Chen Guanwen;Xiao Yanhe;Lei Shuijin;Cheng Baochang
  • 通讯作者:
    Cheng Baochang
Reversible Negative Resistive Switching in an Individual Fe@Al2O3 Hybrid Nanotube for Nonvolatile Memory
用于非易失性存储器的单个 Fe@Al2O3 混合纳米管的可逆负阻开关
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b01153
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Ye Yalong;Zhao Jie;Xiao Li;Cheng Baochang;Xiao Yanhe;Lei Shuijin
  • 通讯作者:
    Lei Shuijin
One-pot synthesis of α-Fe2O3 nanoplates-reduced graphene oxide composites for supercapacitor application
一锅法合成α-Fe2O3纳米片-还原氧化石墨烯复合材料用于超级电容器
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2015.10.068
  • 发表时间:
    2016-02-15
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Quan, Hongying;Cheng, Baochang;Lei, Shuijin
  • 通讯作者:
    Lei, Shuijin
Tunable hysteresis behaviour related to trap filling dependence of surface barrier in an individual CH3NH3PbI3 micro/nanowire
与单个 CH3NH3PbI3 微/纳米线中表面势垒的陷阱填充依赖性相关的可调滞后行为
  • DOI:
    10.1039/c8nr08934e
  • 发表时间:
    2019-02-21
  • 期刊:
    NANOSCALE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Hong, Zhen;Zhao, Jie;Lei, Shuijin
  • 通讯作者:
    Lei, Shuijin
A surface state-controlled, high-performance, self-powered photovoltaic detector based on an individual SnS nanorod with a symmetrical electrode structure
基于具有对称电极结构的单个SnS纳米棒的表面状态控制、高性能、自供电光伏探测器
  • DOI:
    10.1039/c8tc01503a
  • 发表时间:
    2018-09-14
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Luo, Bin;Zhao, Jie;Lei, Shuijin
  • 通讯作者:
    Lei, Shuijin

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超微金属/氧化铝纳米管杂化结构的电子运动调制及其光热电性能与器件研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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