本征可拉伸神经形态光电子器件在高空间分辨率和多模态交互的智能视觉等方面具有巨大的应用潜力。构建可拉伸光敏材料，并通过独特的结构设计引入可控缺陷态是推进一体式神经形态光电系统以模拟视觉感知、适应和成像等多种功能的重要途径，对于可植入医疗设备、增强现实显示和仿生机器等下一代人工智能设备至关重要。然而，目前报道的视觉仿生光电器件通常功能单一，在机械形变下性能严重下降，无法满足可穿戴和植入式电子设备的多种需求。

在国家自然科学基金委、科技部以及中国科学院的支持下，化学研究所有机固体院重点实验室刘云圻院士/郭云龙研究员团队在本征柔性/可拉伸神经形态视觉仿生器件领域取得了系列进展，他们开发了新的功能材料体系，设计了新的神经形态光电器件结构，并以此实现了多功能视觉仿生器件的制备(Adv. Funct. Mater. 2023,33,2208836;Adv. Funct. Mater. 2023,33,2209502;Adv. Mater. 2023,35,2300242;Adv. Mater. 2024. 36,2307326).。

近期，该团队针对目前现有的可拉伸光敏材料吸收范围较窄或机械柔韧性有限，以及视觉仿生光电器件功能单一等问题，通过表面能诱导策略，制备了一种能够应变不敏感的准连续微球形貌粘弹性的钙钛矿量子点光敏薄膜。这种粘弹性钙钛矿光敏薄膜不仅能确保本征可拉伸性和高光敏性，还能调控电荷捕获缺陷。他们利用该光敏薄膜和本征柔性的聚合物半导体，构建了本征可拉伸神经形态视觉自适应晶体管（ISNVaTs）。其具有高双轴拉伸性（高达100%），能够实现光感知、突触模拟以及自适应等多种视觉仿生功能。在光感知方面，该器件能够实现从紫外光（365 nm）到近红外光（808 nm）的宽波段多色光响应，且最大光暗电流比＞10⁵。在突触模拟方面，该器件对单个光脉冲刺激产生的突触事件能耗远低于人脑的1~10 fJ，且具有270% 的超高双脉冲易化（PPF）指数。在自适应方面，器件具备红、绿、蓝三色光自适应能力，即使在100% 拉伸应变下，具有低至150秒的自适应速度远优于人眼（~30 分钟），且实现了自适应实物成像。准连续微球形貌的粘弹性钙钛矿光敏薄膜制备策略，为现有光敏层无法兼具拉伸性与高光敏性提供了一种切实可行的方案，为拓展类神经形态视觉系统在视觉假肢、生物机器人和人工智能等新兴领域的应用提供了新的可能性。相关研究成果近期发表在Nat. Commun.(2024,15,3123.)，文章的共同第一作者为博士生王成彧、博士生边洋爽、刘凯博士，通讯作者为郭云龙研究员。

基于准连续微球形貌粘弹性钙钛矿光敏薄膜的本征可拉伸神经形态视觉自适应晶体管

有机固体院重点实验室

2024年4月22日