当衣服开始 “思考”：纤维忆阻器如何重塑智能织物？

Fiber memristors for smart textiles: materials, devices, and applications

Tianying Chen^#, Shuai Zhang^#, Yuxin Hu, Zekun Liu, Bixuan Huang, Mingzhen Zhao, Tianru Wu, Xiaotian Zhang, Chao Zhang*, Changjie Chen*, Zhenhua Wu*

图1. 忆阻器。(A)四种基本的双端电路元件；(B)纺织忆阻器的发展历程。

图2. 忆阻器的结构及电阻切换特性。(A)纤维忆阻器的结构示意图；(B)非易失性双极性电阻切换；(C)非易失性单极性电阻切换；(D)易失性阈值切换。

图3. 电阻切换机制。(A)以快离子导体作为阻变层；(B)以金属氧化物作为阻变层。(C)阈值开关；(D)价态变化机制；(E)热化学机制；(F)电子传输机制。

图4. 纤维忆阻器材料体系。(A)PDA/Al/cotton；(B)pEGDMA/Al/cotton；(C)Pt/CuZnS/Ag；(D)Pt/CsPbBr3/Ag；(E)PLA/Ag/MXene/Pt；(F)Au/P(VDF-TrFE)/Ag；(G)Ag/MoS₂/HfAlO_x/CNT；(H)Non-conductive Kevlar/Conductive Kevlar纤维；(I)CNT/SEBS-IM/SEBS-SN/CNT离子纤维。

图5. 用于纤维型忆阻器的制造策略。(A)两步溶液浸涂法；(B)化学浴沉积法；(C)晶种辅助水热生长法；(D)两步选择性化学镀法；(E)电泳沉积法；(F)电场辅助组装法；(G)毛细管辅助涂覆法。

图6. 纤维忆阻器的性能参数。(A)Ag/SiO₂/Pt纤维忆阻器的Set电压和Reset电压分布；(B)多个开关周期内的高电状(HRS)和低阻态(LRS)电阻值；(C)多个阻态下纤维忆阻器的保持时间；(D)可弯曲且(E)可滑动的Ag/CuZnS/Pt纤维忆阻器单元的示意图；(F-H)弯曲半径、弯曲次数和纤维电极滑动距离对Set电压和电阻态的影响。

图7. 集成式传感-记忆-计算应用。(A)在交叉条阵列中通过MAGIC实现的内存型“或”/“非”门；(B)IMP和“与非”逻辑在内存中的实现；(C)由电压脉冲刺激引发的忆阻器电流响应模拟了学习-遗忘-再学习的行为；(D)在NbO?神经元中的时空整合和动态逻辑；(E)基于柔性忆阻器的模拟计算架构；(F)用于触觉模拟的人工体感系统(MFSN阵列+SNN分类器)，具有多模态(压力/温度)的触发率调制和温度依赖的脉冲幅度调制。

图8. 神经形态学与突触模拟应用。(A)展示了智能纺织系统与基于大脑启发的神经网络相结合的原理图；(B)基于Au/CsPbBr₃/ITO忆阻器件的卷积神经网络的模拟性能；(C)Pt/CuSnO@Cf纤维电阻器在存储权重和信息处理方面的能力。

图9. 动态信号检测与手势识别。(A)基于VO₂的人工感觉神经元在不同弯曲度下的响应；(B)用于手势识别的反向传播神经网络；(C)通过心电图模式识别进行的生理数据存储与反馈；(D)用于动脉脉搏监测和温度变化测试的仿生触觉系统的突触电流响应；(E)基于智能纤维的加热系统；(F)用于紫外线监测(忆阻器/紫外线传感器/显示器)和手势识别(忆阻器/摩擦电传感器)的集成织物。

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