近期，蘭州大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，他們成功研發(fā)出一種以氧化鉬為核心電極材料的創(chuàng)新型電容式離子二極管（CAPode），這一成果為電子技術(shù)與生物系統(tǒng)之間的無縫對(duì)接開辟了新的路徑。
二極管片
隨著腦機(jī)接口技術(shù)的蓬勃發(fā)展，盡管我們距離實(shí)現(xiàn)人腦與計(jì)算機(jī)間自由、高效的雙向通信越來越近，但二者間信號(hào)傳導(dǎo)介質(zhì)的根本差異——人腦依賴離子信號(hào)，而計(jì)算機(jī)則依賴電子信號(hào)——始終是橫亙?cè)谇暗募夹g(shù)障礙。離子電子耦合器件的提出，如同一座橋梁，試圖連接起這兩個(gè)截然不同的世界，讓信息的自由流通成為可能。
然而，構(gòu)建這一橋梁的關(guān)鍵在于開發(fā)出能夠執(zhí)行復(fù)雜邏輯運(yùn)算、同時(shí)兼容離子與電子傳輸?shù)钠骷ｋ娙菔诫x子二極管，作為這一領(lǐng)域的新興之星，其潛力雖大，卻受限于現(xiàn)有電極材料及電解液的局限性，如整流效率低、電容值不足、穩(wěn)定性差、生物適應(yīng)性弱以及高昂的制造成本，這些都嚴(yán)重阻礙了其實(shí)用化進(jìn)程。
高純?nèi)趸f圖片
蘭州大學(xué)的科學(xué)家另辟蹊徑，巧妙利用氧化鉬的獨(dú)特性質(zhì)，設(shè)計(jì)出了新一代電容式離子二極管。氧化鉬那緊密堆疊的二維層狀晶體結(jié)構(gòu)，加之其層間帶負(fù)電的離子通道，如同精密的篩網(wǎng)，對(duì)電解液中的陰陽離子實(shí)施了尺寸與電荷的雙重篩選，實(shí)現(xiàn)了前所未有的離子管理效率，從而賦予了該二極管高達(dá)136的整流比，遠(yuǎn)超當(dāng)前同類技術(shù)的水平。
不僅如此，通過巧妙結(jié)合插層贗電容儲(chǔ)能機(jī)制與精心調(diào)配的電解液體系，氧化鉬電極還展現(xiàn)出了驚人的448F/g比電容值，以及令人印象深刻的20萬次循環(huán)穩(wěn)定性，這些指標(biāo)均標(biāo)志著其電化學(xué)性能的顯著提升。
尤為值得一提的是，氧化鉬及其復(fù)合材料展出的卓越生物相容性，為這一創(chuàng)新技術(shù)在腦機(jī)接口領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。未來的腦機(jī)接口系統(tǒng)，或許將借助這種高性能的電容式離子二極管，在“與門”和“或門”等邏輯運(yùn)算中展現(xiàn)出前所未有的高效與穩(wěn)定，開啟人機(jī)交互的新紀(jì)元。
該研究成果以“A Biocompatible Supercapacitor Diode with Enhanced Rectification Capability towards Ion/Electron Coupling Logic Operations”為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Advanced Materials》上。
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