可植入电容式离子二极管及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种可植入电容式离子二极管及其制备方法和应用，制备方法包括制备三氧化钼基工作电极和多孔碳基对电极；配制电解液，电解液的阴阳离子中仅有一类离子可以在三氧化钼中进行存储；将三氧化钼基工作电极和多孔碳基对电极进行组装，并置于电解液中，之后利用生物相容性材料进行封装，得到可植入电容式离子二极管。本发明专利技术首次提出采用三氧化钼赝电容材料作为电容式离子二极管的工作电极，并结合生物相容性的多孔碳对电极和生物相容性的封装材料构建兼具高整流比、高稳定性及良好生物相容性的可植入电容式离子二极管，由其搭建的逻辑运算电路可高效稳定工作，在未来活体诊疗、人机接口及神经网络交互等技术领域有着广阔的应用前景。广阔的应用前景。广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
可植入电容式离子二极管及其制备方法和应用


[0001]本专利技术公开了一种可植入电容式离子二极管及其制备方法和应用，具体为可植入电容式离子二极管、制备方法及其在逻辑运算方面的应用，属于电化学储能领域及新兴的离子/电子耦合电路。

技术介绍

[0002]计算机科学、脑科学、仿生科学、材料科学和柔性电子学等领域在近几年的飞速发展极大地促进了脑
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机接口技术的诞生和发展，然而在现阶段人脑与计算机的双向沟通远未达到实用化水平，其中最主要的原因就是人脑和计算机分别采用离子和电子两种不同的信息传导介质。这种信息载体上的差异使人脑和电子计算机两种系统具有完全迥异的运行机制，也为两种系统的深度融合及交互带来了巨大挑战。
[0003]离子电子学的出现实现了电子转移和离子传输在同一电路中的有机结合，为生物系统和电子设备之间的信息传递提供了可能的媒介。同时，基于离子电子学的离子/电子耦合器件具有与神经元兼容的信息传递方式以及与生理水溶液兼容的工作介质，这也使得离子电子学成为实现人脑与计算机双向互通最具潜力的发展方向。尽管如此，要真正实现生物系统和电子设备之间的信息交互，还需要设计开发具备逻辑运算功能的器件来完成信息的探测、传输、处理和反馈过程，其中最基础的元器件便是类似于半导体二极管的离子二极管。电容式离子二极管是一类新型的离子/电子耦合器件，具有类似于超级电容器的器件结构以及与半导体二极管相同的单向导通特性，是构建离子/电子耦合电路最具潜力的基础元件。
[0004]现有电容式离子二极管单向储能的特性主要基于多孔碳电极对电解液阴阳离子的尺寸筛分效应，然而限于多孔碳电极自身的不足，现有电容式离子二极管仍存在整流比不高、比电容低、稳定性欠佳及制造成本高的问题，无法满足实用化要求。另外，由于电容式离子二极管的发展仍处于起步阶段，目前所开发的器件都未考虑其生物相容性，导致器件无法真正在体内环境中安全可靠工作，极大地限制了电容式离子二极管的进一步发展。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于，提供一种兼具优异整流特性及良好生物相容性的电容式离子二极管，从而解决现有电容式离子二极管整流比不高、稳定性欠佳、制造成本高及生物相容性差的问题。
[0006]本专利技术的第一方面提供了一种可植入电容式离子二极管的制备方法，包括：
[0007]制备三氧化钼基工作电极和多孔碳基对电极；
[0008]配制电解液，所述电解液的阴阳离子中仅有一类离子可以在三氧化钼中进行存储；
[0009]将所述三氧化钼基工作电极和所述多孔碳基对电极进行组装，并置于所述电解液中，之后利用生物相容性材料进行封装，得到可植入电容式离子二极管。
[0010]优选地，所述多孔碳基对电极活性物质的负载量为所述三氧化钼基工作电极活性物质的负载量的1～10倍。
[0011]优选地，制备三氧化钼基工作电极，具体包括：
[0012]将三氧化钼粉体材料与导电剂和粘结剂混合后加入分散剂，得到浆料；
[0013]将所述浆料设置在集流体上，得到三氧化钼基工作电极。
[0014]优选地，所述三氧化钼粉体材料、导电剂、粘结剂的质量比为7～9:1～2:1。
[0015]优选地，制备多孔碳基对电极，具体包括：
[0016]将多孔碳材料与导电剂和粘结剂混合后加入分散剂，得到浆料；
[0017]将所述浆料设置在集流体上，得到多孔碳基对电极。
[0018]优选地，所述多孔碳材料、导电剂、粘结剂的质量比为7～9:1～2:1。
[0019]优选地，所述导电剂包括导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯纳米片中的一种；
[0020]所述粘结剂包括聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚环氧乙烯、海藻酸钠及细菌纤维素中的一种；
[0021]所述分散剂包括去离子水、乙醇、乙二醇、碳酸丙烯酯、N
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甲基吡咯烷酮中的一种。
[0022]优选地，所述电解液中电解质为无机盐或者无机酸；
[0023]所述电解液的浓度为0.001～10mol/L。
[0024]本专利技术的第二方面提供了一种可植入电容式离子二极管，其是利用上述可植入电容式离子二极管的制备方法制备得到的。
[0025]本专利技术的第三方面提供了一种逻辑运算电路，该逻辑运算电路中使用了上述可植入电容式离子二极管。
[0026]本专利技术的可植入电容式离子二极管及其制备方法和应用，相较于现有技术，具有如下有益效果：
[0027]本专利技术首次提出采用兼具高电化学活性及良好生物相容性的三氧化钼(MoO3)这种赝电容材料作为电容式离子二极管的工作电极，并结合生物相容性的多孔碳对电极和生物相容性的封装材料构建高性能的可植入电容式离子二极管。采用所述方案构建的电容式离子二极管兼具高整流比、高稳定性及良好生物相容性，由其搭建的逻辑运算电路可高效稳定工作，在未来活体诊疗、人机接口及神经网络交互等
有着广阔的应用前景。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例中可植入电容式离子二极管的制备方法流程图；
[0029]图2为本专利技术实施例1三氧化钼材料的扫描电镜图像；
[0030]图3为本专利技术实施例1三氧化钼材料的透射电镜图像；
[0031]图4为本专利技术实施例1三氧化钼材料的X
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射线衍射图谱；
[0032]图5为本专利技术实施例1三氧化钼材料的拉曼图谱；
[0033]图6为本专利技术实施例1三氧化钼电极的循环伏安曲线；
[0034]图7为本专利技术实施例1三氧化钼电极的恒电流充放电曲线；
[0035]图8为本专利技术实施例1三氧化钼电极的第一类整流比；
[0036]图9为本专利技术实施例1三氧化钼电极的第二类整流比；
[0037]图10为本专利技术实施例1可植入电容式离子二极管的实物图；
[0038]图11为本专利技术实施例1可植入电容式离子二极管的循环伏安曲线；
[0039]图12为本专利技术实施例1可植入电容式离子二极管的恒电流充放电曲线；
[0040]图13为本专利技术实施例1可植入电容式离子二极管的第一类整流比；
[0041]图14为本专利技术实施例1可植入电容式离子二极管的第二类整流比；
[0042]图15为本专利技术实施例1可植入电容式离子二极管在“与门”中的应用；
[0043]图16为本专利技术实施例1可植入电容式离子二极管在“或门”中的应用。
具体实施方式
[0044]本专利技术的第一方面提供了一种可植入电容式离子二极管的制备方法，包括：
[0045]步骤1、制备三氧化钼基工作电极和多孔碳基对电极。
[0046]本专利技术实施例中，制备三氧化钼基工作电极可采用两种方案：
[0047]第一种方案：将三氧化钼粉体材料与导电剂和粘结剂以一定比例混合，之后加入一定量分散剂后将浆料设置在集流体上，然后在真空烘箱中充分干燥后裁剪得到三氧化钼基工作电极。
[0048本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可植入电容式离子二极管的制备方法，其特征在于，包括：制备三氧化钼基工作电极和多孔碳基对电极；配制电解液，所述电解液的阴阳离子中仅有一类离子可以在三氧化钼中进行存储；将所述三氧化钼基工作电极和所述多孔碳基对电极进行组装，并置于所述电解液中，之后利用生物相容性材料进行封装，得到可植入电容式离子二极管。2.根据权利要求1所述的可植入电容式离子二极管的制备方法，其特征在于，所述多孔碳基对电极活性物质的负载量为所述三氧化钼基工作电极活性物质的负载量的1～10倍。3.根据权利要求1所述的可植入电容式离子二极管的制备方法，其特征在于，制备三氧化钼基工作电极，具体包括：将三氧化钼粉体材料与导电剂和粘结剂混合后加入分散剂，得到浆料；将所述浆料设置在集流体上，得到三氧化钼基工作电极。4.根据权利要求3所述的可植入电容式离子二极管的制备方法，其特征在于，所述三氧化钼粉体材料、导电剂、粘结剂的质量比为7～9:1～2:1。5.根据权利要求1所述的可植入电容式离子二极管的制备方法，其特征在于，制备多孔碳基对电极，具体包括：将多孔碳材料与...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰伟，马鸿云，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：