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中国科学院大学黄辉教授等：有机光电突触器件对声音的识别

时间：2023-12-08 来源： 浏览：

中国科学院大学黄辉教授等：有机光电突触器件对声音的识别

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Nano-Micro Letters 是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在 Springer 开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。

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#人工突触 3 个
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用于声音感知的神经形态系统对未来的仿生电子和人形机器人的发展具有重要意义。然而，能够同时对声音的响度、音调、音色进行感知的突触器件尚未实现。文章中设计新的了受体材料(BSC8-4F)，与已知的给体材料(PM6)搭配后，制备了器件结构为ITO/PEDOT:PSS/D:A/PDINN/Ag的有机光电突触器件(OOS)。通过改变器件输入的电压、频率、光强，从而调节声音的响度、音调、音色。提出了识别因子，建立电压、频率、光强与突触后电流的定量关系式，从而达到声音识别的目的。

Organic Optoelectronic Synapses for Sound Perception 

Yanan Wei, Youxing Liu, Qijie Lin, Tianhua Liu, Song Wang, Hao Chen, Congqi Li, Xiaobin Gu, Xin Zhang* and Hui Huang*

Nano-Micro Letters (2023)15: 133

https://doi.org/10.1007/s40820-023-01116-3

本文亮点

1. 首次基于 有机光电突触 对声音的响度、音调、音色进行识别。

2.  提出 识别因子 的概念，成功识别中国科学院大学明德钟楼的钟声。

内容简介

声音感知的神经形态系统有利于推动仿生电子和人形机器人的发展。 中国科学院大学黄辉教授课题组 基于声音的三要素，制备了可对声音的响度、音调、音色同时进行识别的有机光电突触器件。通过改变器件输入的电压、频率、光强，分别来调节输出信号的突触后电流的大小、突触信号变化的频率和突触信号的波形，从而与声音的振幅、频率、波形相对应，进一步调节声音的响度、音调、音色。提出了识别因子，建立电压、频率、光强与突触后电流的定量关系式，从而达到声音识别的目的。最终，实现对国科大钟楼钟声的识别，准确率高达99.8%。

图文导读

I 材料基本性能

文中制备了器件结构为ITO/PEDOT:PSS/D:A/PDINN/Ag的有机光电突触器件，如图1a所示。由图1b得活性层中的给受体材料具有互补的吸收光谱。由图1c-d得，给体和受体的具有合适的能级位置。

图1. (a) ITO/PEDOT:PSS/D:a/PDINN/Ag(器件I)的器件结构以及器件中供体和受体材料的化学结构；(b) PM6、BSeC8-4F和PM6:BSeC8-4F薄膜的吸收光谱;(c-d) PM6和BSeC8-4F材料的紫外光电子能谱。
II   器件性能
图2a为人脑神经系统中生物突触的示意图。图2b为OOS的典型光响应特性。图2c为PPF指数随光脉冲间隔的变化。图2d-g为突触后电流随输入电压、频率、光强的变化而变化。通过改变器件输入的电压、频率、光强，分别来调节输出信号的突触后电流的大小、突触信号变化的频率和突触信号的波形，从而与声音的振幅、频率、波形相对应，进一步调节声音的响度、音调、音色。
图2. (a) 人脑神经系统中生物突触的示意图；(b) OOS的典型光响应特性;(c) PPF指数随光脉冲间隔的变化;(d) 基于OOS的声音感知示意图;(e-g) OOS性能随器件输入电压、频率、光强的变化。
III   声音识别
通过改变器件的输入电压，改变输出的突触后电流，从而与声音的响度相对应；通过改变输入频率，改变信号输出的频率，从而与声音的音调相对应；通过改变输入的光强，改变输出的信号波形，从而与声音的音色相对应。提出识别因子的概念，建立其与突触后电流的定量关系式，进而达到声音识别的目的。最终，实现对国科大钟楼钟声的识别，准确率高达99.8%。
图3. (a-b) 基于器件I的突触后电流(I)和识别因(ζ)的定量关系，以及(b) 图a的局部放大图。(c) 国科大的钟楼。(d) 国科大钟声的声波。(e) 钟声相应突触信号

作者简介

魏亚男

本文第一作者

中国科学院大学 博士后
▍ 主要研究 领域
有机光电器件
▍ 个人简介
中国科学院大学博士后，在Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.、CCS Chem.、Sci. China Chem.等国际高水平期刊发表SCI论文7篇。致力于有机光电器件的研究。博士在读期间获博士研究生国家奖学金、中国科学院大学三好学生、北京市优秀毕业生、桥口隆吉优秀研究生等奖励和荣誉。

张昕

本文通讯作者

中国科学院大学 副教授
▍ 主要研究 领域
高性能有机光电材料的设计、合成及器件加工

▍ 个人简介

张昕副教授长期从事有机半导体材料设计、合成和有机太阳能电池器件加工相关的研究。发表SCI论文50余篇(他引4000余次)，其中包括：J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、Sci. China Chem.等著名化学及材料领域期刊。主持国家自然科学基金青年科学基金项目和中国博士后科学基金，2022年入选“中国科学院青年创新促进会”会员。

▍ Email： zhangxin2019@ucas.ac.cn

黄辉

本文通讯作者

中国科学院大学 教授
▍ 主要研究 领域
有机半导体材料的合成及应用

▍ 个人简介

黄辉教授主要从事有机/高分子半导体材料的合成和应用研究，在光电、光热应用等方向取得了重要科研成果，迄今发表高水平学术论文100余篇，其中包括：Nat. Chem.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、CCS Chem.等国内外顶尖学术刊物。目前任中国化学会副秘书长、分子聚集发光委员会委员、青年工作者委员会委员，中科院青联委员，InfoMat杂志编委、Sci. China Chem.青年编委等。先后获得多项奖励与荣誉，包括中科院朱李月华优秀教师奖、中科院优秀导师奖等。

▍ Email： huihuang@ucas.ac.cn

撰稿： 原文作者

编辑： 《纳微快报(英文)》编辑部

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Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)，包括微纳米材料与结构的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、电磁波吸收与屏蔽、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，2021JCR影响因子为 23.655，学科排名Q1区前5%，中科院期刊分区1区TOP期刊。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉，2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。
Web: https://springer.com/40820
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Tel:  021-34207624

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