综述：柔性且无铅的卤化物钙钛矿ReRAM：迈向可持续和自适应存储设备

《Materials Today Sustainability》：Flexible and Lead-Free Halide Perovskite ReRAM: Toward Sustainable and Adaptive Memory Devices

卤化铅钙钛矿基ReRAM具有低电压、快速切换和溶液加工等特性，适用于柔性电子和植入设备，但存在机械形变稳定性差和铅毒性问题。通过复合结构、界面工程和封装策略改善性能，并探索铋、锡、铜等无毒替代材料及双钙钛矿结构，提升环境稳定性和机械柔韧性。研究需跨学科合作和标准化测试推动实际应用。

　　近年来，随着科技的迅速发展，人们对电子设备的需求正从传统的刚性、固定形态向更加灵活和适应性强的方向转变。这种转变催生了新型非易失性存储器的研究，其中卤化物钙钛矿基的阻变式随机存取存储器（ReRAM）因其独特的性能优势而备受关注。卤化物钙钛矿，通常具有ABX?的通用化学式（其中A为单价阳离子，B为二价金属，X为卤素阴离子），在电子领域展现出巨大的潜力。它们的离子迁移特性、可调带隙、低温加工条件以及高缺陷容忍度，使其成为柔性电子和环保电子的理想材料。

卤化物钙钛矿ReRAM的核心优势在于其低工作电压和快速的开关速度。例如，基于MAPbI?和CsPbBr?的ReRAM器件可以在低于1伏的电压下实现操作，并且具有超过10?的ON/OFF电阻比。这些特性使得卤化物钙钛矿ReRAM在低功耗应用中显得尤为突出，比如可穿戴设备、植入式生物电子和神经形态计算系统。然而，尽管这些性能令人瞩目，卤化物钙钛矿ReRAM仍面临诸多挑战，尤其是在机械变形和环境暴露导致的性能退化问题。这种性能下降限制了其在需要高可靠性的应用中的使用。

为了解决这些问题，研究者们正在探索多种策略，包括复合结构、界面工程和封装技术。例如，通过引入复合材料，如银纳米线（AgNWs）或氧化物层，可以提高器件的机械弹性和长期数据保留能力。此外，使用二维或准二维的钙钛矿结构也被证明可以有效提升稳定性，减少离子迁移带来的不利影响。这些改进不仅有助于提高器件的环境适应性，也使其在柔性平台上的应用变得更加可行。

尽管卤化物钙钛矿表现出色，但其含铅特性引发了环保和健康方面的担忧。因此，研究者们正在积极寻找不含铅的替代材料，以减少对环境的潜在危害。例如，Cs?Bi?I?、Cs?SnI?和Cs?AgBiBr?等铅基化合物的替代品因其较低的毒性和更高的化学稳定性而受到关注。然而，这些材料仍面临氧化、载流子迁移性下降和性能不稳定性等问题。为了克服这些缺陷，研究者们正在探索尺寸调控和表面钝化等方法，以优化材料的性能。

在柔性ReRAM的研究中，材料的选择和结构设计至关重要。柔性基板如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰亚胺（PI）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PEN）因其机械柔韧性和低温加工特性而成为热门候选。然而，这些基板在高温处理和长期环境暴露下可能表现出一定的不稳定性。因此，研究者们正在开发更具稳定性的基板材料，如丝蛋白和纤维素纳米纤维，这些材料不仅具有良好的生物相容性，还能够满足环保需求。

在柔性ReRAM的设计中，除了基板的选择，电极材料的优化也是关键因素。传统的透明导电材料如氧化铟锡（ITO）在弯曲过程中容易断裂，影响器件的电性能。因此，研究人员正在探索其他类型的电极材料，如银纳米线、石墨烯和碳纳米管，这些材料在反复弯曲或拉伸时仍能保持良好的导电性。此外，界面工程和封装技术也在提升器件稳定性和寿命方面发挥了重要作用。通过引入缓冲层或使用气相沉积技术（如原子层沉积，ALD）制备的氧化物封装层，可以有效阻挡水分和氧气的渗透，提高器件的环境适应性。

在铅基材料的替代研究中，双钙钛矿结构（如Cs?AgBiBr?）因其增强的结构稳定性和降低的离子迁移路径而受到重视。这些材料在保持钙钛矿特性的同时，减少了铅的使用，从而降低了对环境的潜在影响。然而，双钙钛矿材料的载流子迁移率较低，且带隙较宽，这可能影响其开关速度和导通状态的性能。因此，研究者们正在通过调整材料组成和优化制造工艺，以改善这些不足。

尽管卤化物钙钛矿ReRAM在许多方面展现出优势，但其在大规模生产和实际应用中的挑战依然存在。例如，机械耐久性、环境稳定性、开关行为的均匀性以及长期运行的可靠性都是亟待解决的问题。此外，封装技术的标准化和生产过程的可扩展性也是推动该技术走向商业化的重要因素。目前，许多研究集中在开发更高效的封装材料和制造工艺，以确保器件在各种环境条件下的稳定运行。

随着可穿戴技术、折叠显示器和植入式生物电子的快速发展，对具有新型功能特性的存储器需求日益增长。卤化物钙钛矿ReRAM因其机械灵活性和低功耗特性，被认为是一个有前途的选择。然而，为了满足这些应用的需求，还需要进一步解决其在机械变形下的稳定性问题。此外，铅基材料的替代品需要在性能和环保之间找到平衡，以确保其在长期使用中的可靠性。

总体而言，卤化物钙钛矿ReRAM代表了新一代可适应、环保型存储器的潜在发展方向。虽然目前仍面临一些技术挑战，但通过材料创新、系统级优化和跨学科合作，这些挑战有望逐步克服。未来，随着更多研究的深入和实际应用的拓展，卤化物钙钛矿ReRAM可能会在柔性电子、生物电子和环保电子领域发挥更大的作用。