背景介绍

由于健康管理的重要性，附着在人体上的可穿戴设备在生物医学和医疗保健领域备受关注。只读存储器（ROM）作为电子系统中必不可少的存储器模块，通常用于存储基本输入输出系统（BIOS）和其他极其重要的程序。与可随时写入和擦除的闪存不同，由于ROM中存储的内容非常重要，已完成写入动作的ROM往往不允许轻易复位，因此ROM的性能是对电子系统的运行具有重要意义。两端有机双稳态存储器件(OBD)由于其独特的电气特性、大规模生产、可扩展性和高灵活性，最近在可穿戴电子系统中用作数据存储单元而备受关注。

研究出发点

目前，对两端自修复OBD的研究仅限于对反复弯曲引起的表面微裂纹的修复。此外，为了用于可穿戴电子产品，两端OBD必须能够抵抗外部冲击造成的损坏或从外部冲击中恢复，而这方面的结果尚未见报道。两端自愈OBD还有两个非常值得关注的关键问题。第一个是有源层，它决定了器件的电气特性，损坏后可以自发愈合。二是器件自愈后电性能是否保持不变。器件电气特性的恢复通常取决于有源层的完整修复。因此，可穿戴电子系统要长期重复使用，两端OBD的活性层材料必须具备自愈能力。因此，二端自愈OBD的研发具有重要意义。

重复的机械应力或外部机械冲击会损坏可穿戴电子设备，导致其电气性能严重下降，从而限制了它们的应用。由于自修复将是上述问题的极好解决方案，在此，韩国汉阳大学Tae Whan Kim教授团队提出了一种由聚乙烯醇基质和咪唑改性石墨烯量子点组成的新型纳米复合层的自修复存储器件。该器件基于两端自修复纳米复合材料，具有出色的存储能力、灵活性和电稳定性，在超过600次循环后表现出可靠的电气性能，并且在该弯曲应力下器件的电气性能保持不变，不会出现任何故障。此外，确认损坏的器件在自修复过程后可以恢复其原始电气特性。相信如此杰出的成果将引领未来可穿戴电子系统的实现。该研究成果以Highly Self-Healable Write-Once-Read-Many-Times Devices Based on Polyvinylalcohol-Imidazole Modified Graphene Nanocomposites为题，发表在Small上。

图文解析

如图1a中的透射电子显微镜 (TEM) 图像所示，咪唑改性石墨烯量子点（IMGQDs）的尺寸范围从大约1-12 nm。IMGQDs、纯GQDs和PVA-IMGQDs纳米复合材料的 N1s XPS能谱如图1b所示。对于IMGQDs，峰值出现在400 eV。相比之下，纯GQDs 的XPS没有峰，因为GQDs不含N元素（左图）。对于PVA-IMGQDs纳米复合材料，峰移动了2 eV，由于咪唑基团和 PVA 的羟基之间的氢键（右图），能量更高。O1s XPS 光谱显示 IMGQDs不含氧。这些观察结果强烈表明 IMGQDs 和 PVA 大分子之间的氢键是由于咪唑基团中的氮原子造成的。此外，氢键使得IMGQDs 均匀分散在 PVA中，如图1c 所示。然而，由于缺乏能够与 PVA 相互作用的官能团，纯GQDs会在一段时间后沉淀出来。图 1d为该过程的示意图。IMGQDs中的咪唑基团也是PVA-IMGQDs纳米复合材料自修复的关键。图 1e、f分别显示了经过自愈的 PVA-IMGQDs和 PVA-GQDs薄膜的光学显微镜(OM)图像。图 1e显示 PVA-IMGQDs薄膜在 50 °C 的温度下 1 小时后完全自愈。相比之下，掺杂了纯 GQDs的 PVA 薄膜并没有实现完全自愈，如图1f所示 . 因为纯 GQDs 不与 PVA 相互作用，它们不能均匀分散，导致团聚。