CN110797065B - 一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于金属‑离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，包括信息写入探头，被写入探头推或拉的金属插杆，金属插杆上端有地线，一对紧密相邻的信息读口和信息清零口分别与金属插杆和地线连接，当读信息探头依次扫描至每一对信息读口和信息清零口时，如果与扫描信息读口连接的金属探头已被推入离子液体中，由于离子液体和金属界面处恒定的电势差作用，则会有一对正负相反、波形相同的指数衰减电流流过与读信息探头串联的微电流计；电流信号及其对应的时间被与微电流计连接的数据存储和处理终端进行存储和处理；通过控制时序逻辑和记录波形有无，将写入探头写入的数据在存储内容无损失的情况下依次读出，且存储的信息具有无需供电、信息可靠性强、物理空间要求小、存储时间长、信息幅值可控等优势。

Description

一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统
技术领域
本发明涉及信息存储和读取技术领域，具体涉及一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统。
背景技术
信息的存储和读取是目前最为热门的研究领域之一，也涉及到日常生活的方方面面。随着5G时代的到来，人们对信息的存储量、读取速度等有了更高的要求。现有的信息存储技术有着相当多的优点，但随着技术的不断发展，其存储密度、加工难度、制造成本等都限制了信息存储技术的进一步发展。一种基于新原理的信息存储技术的出现显得迫在眉睫。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，利用金属-离子液体界面恒定电势差的方法进行信息的存储和读取，利用电子-离子双电层有效响应区域小，响应快，驱动能力强等优点，开辟了一种全新的信息存储技术和方法，对改善和扩充现阶段存储技术有极其重要的理论指导和实际意义；存储的信息具有无需供电、信息可靠性强、物理空间要求小、存储时间长、信息幅值可控等优势。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，包括信息写入探头1，被信息写入探头1推或拉的多个金属插杆2，当信息写入探头1推某个金属插杆2时，该金属插杆2与对应液体排槽3内的离子液体4相接触从而产生恒定的电势差，所述信息写入探头1根据需要存储的信息内容、依次对不同位置的金属插杆2进行推入或拉出离子液体4；金属插杆2上端有地线5，每个金属插杆2上电连接有信息读口6，地线5上电连接有与每个信息读口6紧密临近的信息清零口7；读信息探头8与微电流计9串联，当读信息探头8从左至右先后扫描至每一个与金属插杆2电连接的信息读口6以及与该信息读口6紧密临近的信息清零口7时，如果金属探头2已被信息写入探头1推入离子液体4中，由于离子液体和金属界面处恒定的电势差作用，则会有一对正负相反、波形相同的指数衰减电流流过微电流计9，如果金属探头2被信息写入探头1拉出离子液体4外时，由于金属探头2与地线电连接，则微电流计9不会测到任何电流信号；电流信号及其对应的时间被与微电流计9电连接的数据存储和处理终端10进行存储和处理；通过控制时序逻辑和记录电流信号波形有无，能够将信息写入探头1写入的数据在存储内容无损失的情况下依次读出，实现信息的存储和读写功能。
所述金属插杆2具有限位功能，且仅有与离子液体4接触或与地线5接触两种状态。
所述液体排槽3中每个液体槽的尺存均与离子浓度有关，离子浓度越大，所需的液体槽尺寸越小。
所述离子液体4的溶剂和离子具有稳定的化学稳定性和较小的粘度、且不会快速腐蚀液体排槽3和金属插杆2。
所述读信息探头8内部由RC串联电路构成，以便产生指数衰减的电流信号，其RC值既与液体排槽3中各个液体槽的距离以及各个紧密临近的信息读口6和信息清零口7的距离有关，也与后级串联的微电流计9的内阻、采样频率匹配。
在读信息探头8的移动速度恒定的情况下，读信息探头8读取信息读口6和信息清零口7的时间差要大于RC幅值的10倍。
所述数据存储和处理终端10将读取的正负相反、波形相同的指数衰减电流的波形进行记录和存储，继而翻译为二进制语言，实现信息存储功能。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1)利用双电层的小尺度响应优势(在高离子浓度下响应的有效区域甚至可小于1纳米)，可极大地压缩信息存储的物理空间，从而提高信息存储的密度；
2)信息读取速度可调：即可通过设置RC衰减电路的衰减时间来控制信息的读取速度；
3)成本低廉：离子液体成本极低，液体排槽和金属插头也无需高成本，整个信息的存储和读取成本低廉；
4)制造难度低：相对于硅基的半导体领域相关技术对杂质、刻蚀精度等参数的极其严苛要求，本发明无需高难度控制设计和加工，只需保证每次写/读数据都能成功将金属插杆2插入离子液体4中，或者确保金属插杆2与地线接触；
5)信息存储和读的稳定：本发明可实现在无需外加电源的情况下实现长期稳定的存储，且通过正、负对称的电流波形来双重确保信息的准确性，防止误读。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，包括信息写入探头1，被信息写入探头1推或拉的多个金属插杆2，当信息写入探头1推某个金属插杆2时，该金属插杆2与对应液体排槽3内的离子液体4相接触从而产生恒定的电势差，所述信息写入探头1根据需要存储的信息内容、依次对不同位置的金属插杆2进行推入或拉出离子液体4；金属插杆2上端有地线5，每个金属插杆2上电连接有信息读口6，地线5上电连接有与每个信息读口6紧密临近的信息清零口7；读信息探头8与微电流计9串联，当读信息探头8从左至右先后扫描至每一个与金属插杆2电连接的信息读口6以及与该信息读口6紧密临近的信息清零口7时，如果金属探头2已被信息写入探头1推入离子液体4中，由于离子液体和金属界面处恒定的电势差作用，则会有一对正负相反、波形相同的指数衰减电流流过微电流计9，如果金属探头2被信息写入探头1拉出离子液体4外时，由于金属探头2与地线电连接，则微电流计9不会测到任何电流信号；电流信号及其对应的时间被与微电流计9电连接的数据存储和处理终端10进行存储和处理；通过控制时序逻辑和记录电流信号波形有无，能够将信息写入探头1写入的数据在存储内容无损失的情况下依次读出，实现信息的存储和读写功能。
所述金属插杆2具有限位功能，且仅有与离子液体4接触或与地线5接触两种状态。
作为本发明的优选实施方式，所述液体排槽3中每个液体槽的尺存均与离子浓度有关，离子浓度越大，所需的液体槽尺寸越小。
作为本发明的优选实施方式，所述离子液体4的溶剂和离子具有稳定的化学稳定性和较小的粘度、且不会快速腐蚀液体排槽3和金属插杆2。
作为本发明的优选实施方式，所述读信息探头8内部由RC串联电路构成，以便产生指数衰减的电流信号，其RC值既与液体排槽3中各个液体槽的距离以及各个紧密临近的信息读口6和信息清零口7的距离有关，也与后级串联的微电流计9的内阻、采样频率匹配。
作为本发明的优选实施方式，在读信息探头8的移动速度恒定的情况下，读信息探头8读取信息读口6和信息清零口7的时间差要大于RC幅值的10倍。
作为本发明的优选实施方式，所述数据存储和处理终端10将读取的正负相反、波形相同的指数衰减电流的波形进行记录和存储，继而翻译为二进制语言，实现信息存储功能。
本发明利用金属-离子接触时离子产生电势的有效区域(德拜长度)小、离子液体与金属接触时电势稳定的特点进行实施。众所周知，金属和离子液体相接触时，离子液体的某种符号的离子被吸附在金属表面附近，而超过一定的物理区域后液体内的离子分布则恢复正常。这一物理区域或物理深度被称为德拜长度。德拜长度与离子液体中离子浓度的关系为
Figure BDA0002257015660000051
其中ε0和εr分别是真空和相对介电常数,kB是玻尔兹曼常数,T是温度,NA是阿伏伽德罗常数,e元电荷电量,η是离子浓度。可以看到，离子浓度越大，德拜长度则越小。
以0.1mol/L的NaCl溶液为例，其德拜长度仅为0.9nm。该尺度具有相对于现阶段公开的信息存储相关技术而言具有明显的优势。根据离子液体的浓度、具体需求中的参数要求等内容设计液体排槽3，并将离子液体4灌入。金属插杆2的几何位置只有两种状态，要么与离子液体接触4且不与地线5接触，要么与地线5接触且不与离子液体4接触。当金属插杆2与离子液体4接触时，金属与液体间恒定的电势差稳定存在于两者之间，读取时会产生正负对称的指数衰减电流波形，该位认为是1；当金属插杆2与地线5接触时，该位没有对称电流波形信息，认为是0。
读信息探头中电容电压Uc(t)、微电流计中的电流i(t)可计算为
Figure BDA0002257015660000061
与金属插杆2电连接的信息读口6在几何上与信息清零口7紧邻，且信息清零口7与地线5电连接。设置信息清零口的目的有两个：一个是帮助清理读信息探头8上的残余电压，防止继续读取时造成数据错误，另一个是产生反向对称的指数衰减电流波形，提高信息读取的可靠性。读信息探头8沿着顺序依次将液体排槽3中的每一根金属插杆2上的信息如上述方法读取，并由微电流计9捕获信息后送入数据存储和处理终端10，实现数据的写和读。由于读信息探头8的RC可设计，因此可实现读取速度可调。对于图1中A列和B列的物理状态和微电流计中的电流波形如图1下面的波形所示。

Claims (7)

1.一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，其特征在于：包括信息写入探头（1），被信息写入探头（1）推或拉的多个金属插杆（2），当信息写入探头（1）推某个金属插杆（2）时，该金属插杆（2）与对应液体排槽（3）内的离子液体（4）相接触从而产生恒定的电势差，所述信息写入探头（1）根据需要存储的信息内容、依次对不同位置的金属插杆（2）进行推入或拉出离子液体（4）；金属插杆（2）上端有地线（5），每个金属插杆（2）上电连接有信息读口（6），地线（5）上电连接有与每个信息读口（6）紧密临近的信息清零口（7）；读信息探头（8）与微电流计（9）串联，当读信息探头（8）从左至右先后扫描至每一个与金属插杆（2）电连接的信息读口（6）以及与该信息读口（6）紧密临近的信息清零口（7）时，如果金属插杆（2）已被信息写入探头（1）推入离子液体（4）中，由于离子液体和金属界面处恒定的电势差作用，则会有一对正负相反、波形相同的指数衰减电流流过微电流计（9），如果金属插杆（2）被信息写入探头（1）拉出离子液体（4）外时，由于金属插杆（2）与地线电连接，则微电流计（9）不会测到任何电流信号；电流信号及其对应的时间被与微电流计（9）电连接的数据存储和处理终端（10）进行存储和处理；通过控制时序逻辑和记录电流信号波形有无，能够将信息写入探头（1）写入的数据在存储内容无损失的情况下依次读出，实现信息的存储和读写功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，其特征在于：所述金属插杆（2）具有限位功能，且仅有与离子液体（4）接触或与地线（5）接触两种状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，其特征在于：所述液体排槽（3）中每个液体槽的尺存均与离子浓度有关，离子浓度越大，所需的液体槽尺寸越小。
4.根据权利要求1所述的一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，其特征在于：所述离子液体（4）的溶剂和离子具有稳定的化学稳定性和较小的粘度、且不会快速腐蚀液体排槽（3）和金属插杆（2）。
5.根据权利要求1所述的一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，其特征在于：所述读信息探头（8）内部由RC串联电路构成，以便产生指数衰减的电流信号，其RC值既与液体排槽（3）中各个液体槽的距离以及各个紧密临近的信息读口（6）和信息清零口（7）的距离有关，也与后级串联的微电流计（9）的内阻、采样频率匹配。
6.根据权利要求5所述的一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，其特征在于：在读信息探头（8）的移动速度恒定的情况下，读信息探头（8）读取信息读口（6）和信息清零口（7）的时间差要大于RC幅值的10倍。
7.根据权利要求1所述的一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统，其特征在于：所述数据存储和处理终端（10）将读取的正负相反、波形相同的指数衰减电流的波形进行记录和存储，继而翻译为二进制语言，实现信息存储功能。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101284791B (zh) * 2001-03-26 2012-05-23 日清纺织株式会社 用于电存储设备的液体电解质和双电荷层电容器
US7785737B2 (en) * 2003-08-07 2010-08-31 The University Of Tulsa Electronic crossbar system for accessing arrays of nanobatteries for mass memory storage and system power
KR100519774B1 (ko) * 2003-09-06 2005-10-07 삼성전자주식회사 프로브 기술을 이용한 저장 기기의 데이터 기록방법
CN102208535A (zh) * 2004-09-09 2011-10-05 国立大学法人北海道大学 太阳能电池及光电转换元件
KR100718140B1 (ko) * 2005-11-12 2007-05-14 삼성전자주식회사 반도체 탐침 및 이를 이용한 기록 재생 방법
CN101587599A (zh) * 2008-05-23 2009-11-25 大连融科储能技术发展有限公司 一种黑匣子及其在全钒液流储能电池的应用
US9076996B2 (en) * 2009-07-20 2015-07-07 Massachusetts Institute Of Technology Liquid metal alloy energy storage device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
超高密度探针存储技术的研究进展;朱守星等;《江苏大学学报(自然科学版)》;20030930(第05期);全文 *

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