Dendritic organic electrochemical transistors grown by electropolymerization for 3D neuromorphic engineering
在今天的神经形态工程中使用的标准自上而下技术的主要限制之一是它们无法映射生物大脑的3D性质。在这里，我们展示了如何双极电聚合可用于工程师的PEDOT：PSS树枝状纤维的3D网络。通过控制电聚合材料的生长条件，我们研究了树枝状纤维如何通过创建形状可控的结构来再现结构塑性。我们展示了多电极配置中的渐进拓扑结构演变。我们进行详细的电特性PEDOT：PSS树枝状晶体通过直流和阻抗谱测量，我们展示了如何有机电化学晶体管（OECT）可以实现这些结构。这些测量结果表明，OECTs的准静态和瞬态响应可以通过控制枝晶的形貌来调节。有机树突的独特性质被用来证明短期，长期和结构的可塑性，这是未来神经形态硬件发展所需的基本特征。
2021-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cs.ET
A Minimal Physics-Based Model on the Electrochemical Impedance Spectroscopy of Solid-State Electrolyte
固态电池由于安全性和能量密度优势而成为潜在的下一代能量存储装置。电解质的发展是固体电池的重要课题之一。电化学阻抗谱（EIS）是一种常用的测量技术，用于获得电导率和诊断电解质。目前的解释主要是利用曲线的周期部分，而舍弃了EIS揭示的其他信息，如曲线在低频的斜率。更糟糕的是，曲线上的一些特征没有得到充分解释。为了更好地理解传输机制并解释阻抗谱曲线，我们引入了一个连续模型来量化电解质中的离子传输和电流。将模型生成的EIS曲线与实验数据进行了比较，结果表明两者吻合较好。
2021-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Non-Ideal Organic Electrochemical Transistors Impedance
有机电化学晶体管为生物传感器和神经启发电子器件提供了强大的功能，但对这种电化学器件的时间依赖性行为仍有很多了解。在这里，我们报告的分布式元件建模的阻抗，这样的微加工设备，系统地进行下一个大的浓度变化KCl（aq）和氯化钙（aq）。我们提出了一个新的模型，它考虑到三个主要的偏差，理想的，系统地观察，所造成的材料和设备的复杂性，在大的频率范围内（1 Hz至1 MHz）。除了引入更多的自由度外，这些非冗余参数的引入以及它们作为电解质浓度和施加电压的函数的行为的研究更详细地描述了OECT的工作原理。该优化模型可以进一步用于改善OECT在许多应用（例如生物传感器、神经启发设备）和电路仿真中的性能。
2019-05-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Equivalent Circuit Model Recognition of Electrochemical Impedance Spectroscopy via Machine Learning
电化学阻抗谱（EIS）是研究电化学体系的有效方法. EIS的解释是该技术的最大挑战，这需要合理的建模。然而，EIS的建模具有很大的主观性，这意味着可能有几个模型来拟合同一组数据。为了克服人类分析的不确定性和琐碎性，本研究利用机器学习进行EIS模式识别。从文献中收集原始EIS数据及其等效电路模型，并使用支持向量机（SVM）对这些数据进行分析。其结果是，我们解决了EIS的分类和识别其等效电路模型的准确度高达78%。这项研究表明了机器学习在电化学研究中的巨大潜力。
2019-07-03 physics.app-ph physics.comp-ph physics.data-an
Raveling the Role of Dopants on Charge Carrier Kinetics of TiO$_2$ Electrodes using Electrochemical Impedance Spectroscopy
采用旋涂法制备了纯二氧化钛和共掺杂二氧化钛（TiO $_2$）电极。我们研究了所制备的过渡金属和非金属共掺杂的薄膜电极的光学和电学性质。Cu、Zn和N的共掺杂增加了可见光区的辐射吸收。掺杂导致在电极中形成缺陷态。在这篇文章中，我们研究了原始和共掺杂的二氧化钛电极的载流子动力学。为了研究掺杂剂在合成的基于TiO 2的电极的载流子传输中的作用，在10-1 Hz至106 Hz的频率范围内进行电化学阻抗谱测量。研究揭示了掺杂剂对体相缺陷中电子-空穴复合的影响以及电子和离子向电极表面/界面的传输机制。
2022-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Non-Debye impedance and relaxation models for dissipative electrochemical capacitors
电化学电容器是一类能源设备，当连接到充电或放电电源系统时，会发生复杂的电能积累和耗散机制。可靠地建模其频域和时域行为对于其在工程应用中的正确设计和集成至关重要，因为电化学电容器通常表现出无法用传统的基于整数阶的模型充分捕获的异常趋势。本文首先回顾了几种广泛应用的分数阶模型，即Cole-Cole模型、Davidson-Cole模型和Havriliak-Negami模型。然后，我们提出并推导出新的q变形模型的基础上修改的演化方程的电荷或电压时，设备被放电到一个并联电阻负载。我们验证了我们的结果异常的光谱阻抗响应和时域弛豫数据的电压和电荷从商业超级电容器。
2022-05-08 cond-mat.dis-nn physics.app-ph physics.chem-ph
Time-Fractional Approach to the Electrochemical Impedance: The Displacement Current
我们建立，在一般情况下，满足的条件的时间分数的方法制定的泊松-能斯特-普朗克模型，以保证样品的总电流是螺线管，所需的麦克斯韦方程。只有在这种情况下，细胞的电阻抗才能被确定为所施加的电位差与通过细胞的电流之间的比率。我们表明，在异常扩散的情况下，该模型预测的电阻抗的细胞在低频区域的恒定相位元素的行为。在电抗对电阻的参数曲线中，斜率与分数阶时间导数的阶数一致。
2022-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Chemical Control for the Morphogenesis of Conducting Polymer Dendrites in Water
本文研究水中导电聚合物枝晶的形态发生，揭示电解质、电活性化合物和共溶剂的种类与浓度对其电学和电化学性质的关键影响，并提出利用化学资源调控电子材料演化程度的指导原则。
2025-07-22 physics.app-ph physics.chem-ph
Convexification of Charge Equilibrium within the Dendrites of Rechargeable Batteries
电池电化学充电过程中微观结构的非晶化扩展是导致电池容量衰减和短路的主要原因。微结构上的电荷分布是局部和全局平衡的结果，是一个非凸问题，只是由于原子的随机放置。因此，获得电荷平衡（QEq）是一个关键因素，因为电荷量决定了接近微观结构的离子物质的键形成的成功率，并因此决定了电化学沉积物的最终形态。在这里，我们开发了一个计算负担得起的方法来确定这种微结构内的电荷分配。成本函数和电荷分布的跨度与平凡方法以及常规方法非常密切相关，尽管具有显著更少的计算成本。该方法可用于非凸环境中的优化，特别是随机性。
2020-06-01 physics.app-ph physics.atm-clus physics.chem-ph
Robust interpretation of electrochemical impedance spectra using numerical complex analysis
本文提出基于复分析的EIS数据解释方法，可提取电路特征、判断元件存在性及模型可辨识性，并枚举RC模型族，且在锂离子纽扣电池上验证。
2025-10-03 cs.SY eess.SY math.CV
Optoionic Impedance Spectroscopy (OIS): a model-less technique for in-situ electrochemical characterization of mixed ionic electronic conductors
本文提出无模型的光离子阻抗谱（OIS），通过栅压下光学响应动态变化原位提取MIEC的离子缺陷浓度与嵌入动力学，并在钙钛矿氧化物薄膜中验证。
2024-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charge coloration dynamics of electrochromic amorphous tungsten oxide studied by simultaneous electrochemical and color impedance measurements
电致变色（EC）体系中的显色机理可以通过比较电响应和光响应的动力学来探讨。本文采用电化学阻抗谱（EIS）和颜色阻抗谱（CIS）两种技术（$\text{---}$），同时测量了非晶氧化钨薄膜的线性频率依赖的电学和光学响应。这是在不同的偏置电位下完成的，这可以与不同的嵌入水平相关联。等效电路拟合的EIS谱被用来提取法拉第成分参与的总阻抗响应。后者被分配到一个中间吸附步骤之前的嵌入和扩散的电子-离子对在膜中。将表示为复光学电容的量与复电容$\text{---}$进行比较，特别地，它们的表达式与法拉第过程有关。在低嵌入水平的着色遵循吸附和扩散现象。相反，扩散的贡献是占主导地位的高嵌入水平和吸附的一个似乎是可以忽略不计的，在这种情况下。对于完全同步的电学和光学响应，它们的复光谱预计仅相差一个倍增因子。这是在低嵌入水平的情况下，除了在高频率的小偏差。随着插层水平的增加，观察到与这种行为的明显偏离。如在这项工作中提出的，频率相关的技术的组合，可以帮助在EC材料中的着色机制的动态的理解在各种条件$\text{---}$例如，在不同的嵌入水平和光学波长。
2020-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Real time detection of C reactive protein in interstitial fluid using electrochemical impedance spectroscopy, towards wearable health monitoring
提出基于电化学阻抗谱的传感器，利用微创微针阵列实时、无标记检测间质液中C反应蛋白，检测限低至0.7 ug/mL，响应时间100秒，为可穿戴无创健康监测提供新方案。
2024-07-23 physics.app-ph physics.med-ph
Setup for simultaneous electrochemical and color impedance measurements of electrochromic films: theory, assessment, and test measurement
组合频率分辨技术适用于电致变色材料的研究。我们提出了一个实验装置，同时电化学和色阻抗研究EC系统的传输模式和估计其频率依赖的不确定性，通过测量的背景噪声。我们定义了与组合测量方案相关的频率相关变量，并特别强调了复光学电容和复微分着色效率，它们提供了电学和光学响应之间的关系。示出并讨论了用峰值波长为$470$、$530$和$810~\mathrm{nm}$的LED光源对非晶$\mathrm{WO}_3$进行测试测量的结果。在这种情况下，复微分显色效率的幅度呈现单调增加，下降到约$0.3~\mathrm{Hz}$，并且对于较低频率接近恒定值。我们研究的激励电压的振幅的情况下，非晶$\mathrm{WO}_3$在$2.6~\mathrm{V}~\mathrm{vs.}~\mathrm{Li/Li}^+$的电和光响应的线性度的影响，其中一个折衷应之间的信号-噪声比（SNR）的光信号和系统的线性度。对于所研究的情况，有可能将组合技术的上限可达频率（在这项工作中定义为光信号的SNR大于$5$的频率区域的上限阈值）从$11.2~\mathrm{Hz}$增加到$125.9~\mathrm{Hz}$，同时保持在线性范围内，公差小于$5\%$。
2019-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Electrochemical Transistor: a device based on the Electrochemical control of a polymer Polaronic state. The PCPDT-BT as a case study
提出一种融合固态电路与三电极电化学电池的电化学晶体管，以 PCPDT-BT 兼作栅极和工作电极，并通过 EIS 与原位 ATR 红外光谱证实其电导来自电位诱导的极化子态。
2024-02-28 cond-mat.soft physics.app-ph
A Mott-Schottky Analysis of Mesoporous Silicon in Aqueous Electrolyte by Electrochemical Impedance Spectroscopy
本文利用电化学阻抗谱和 Mott-Schottky 分析表征高氯酸溶液浸渍的介孔硅电极，揭示孔壁能带状态并测定平带电位等参数，发现纳米孔使平带电位显著偏移。
2023-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theoretical modeling of dendrite growth from conductive wire electropolymerization
电聚合是一种自下而上的微纳尺度材料工程过程，它利用电信号在液相中通过氧化还原反应沉积导电枝晶形貌。它类似于大脑中的突触发生，其中大脑中的电刺激导致细胞神经复合物形成突触。最近，通过建立电信号与树突形状之间的联系，探索了神经形态工程的策略。由于这些结构的几何形状决定了它们的电化学性质，因此了解在电编程条件下调节聚合物组装的机制是一个重要方面。在这篇手稿中，我们模拟这一现象使用介观尺度模拟，考虑到时空电位映射的重要功能的基础上随时间变化的信号，带电粒子在液体中的运动，由于电场，和电极上的颗粒的附着。这项研究有助于可视化粒子在不同电气条件下的运动，这是不可能通过实验来探测的。与实验结果一致，较高的交流电活动频率有利于线状生长，而较低的电活动频率则导致更致密和分形的枝晶生长，电压偏移导致不对称生长。我们发现枝晶的形状和生长过程系统地依赖于粒子浓度和随机散射。我们发现不同的枝晶结构与不同的拉普拉斯场和扩散场有关，这些场决定了单体的运动轨迹和随后的枝晶生长。这种非传统的工程路线可以有各种各样的应用，从神经形态工程到自下而上的计算策略。
2021-07-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Analog Programing of Conducting-Polymer Dendritic Interconnections and Control of their Morphology
虽然材料和过程与生物细胞不同，但大脑模拟通过神经形态工程在大规模并行信息处理方面取得了巨大成就。在电子学中不存在，我们描述了如何通过在水中电聚合来模拟树枝状形态发生，目的是在操作材料修改硬件学习。应用电压脉冲参数的系统研究详述了对微米树枝状结构的形态学方面的独立调节：如分形数、分支度、不对称性、密度或长度。它们的生长的时间推移图像处理显示的空间特征是动态依赖的，并在形成两个电化学生长的树突的导电桥接之前和之后明显地扩展。电路元件分析和电化学阻抗谱证实了它们的形态控制发生在时间窗口中，其中生长动力学可以被输入信号频率和占空比精细地扰动。通过模拟负责大脑长期记忆的最具优势的机制之一，其在传感阵列、神经探针或生物芯片附近的实现将极大地优化从复杂的水环境中分类高维模式所需的计算成本和识别性能。
2021-02-01 cond-mat.dis-nn physics.app-ph
Cation Discrimination in Organic Electrochemical Transistors by Dual Frequency Sensing
在这项工作中，我们提出了一种策略，以感测定量和具体的阳离子，出一个单一的有机电化学晶体管（OECT）设备暴露于电解质。从六种不同的氯化物盐超过12个不同的浓度的系统研究，我们表明，OECT设备的阻抗是由在低频下的沟道去掺杂和在高频下的电解质栅极电容耦合。特定的阳离子特征，其来源于阳离子行为对聚（3，4-亚乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT：PSS）聚合物的不同影响及其在水中的电导率，允许它们在相同的摩尔浓度下进行区分。在不同频率下对设备阻抗的动态分析可以允许识别特定的离子流，这在生物电子学中可以有很大的用途，以进一步解释生物介质中的复杂机制，例如大脑中的复杂机制。
2018-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Transient Polarization and Dendrite Initiation Dynamics in Ceramic Electrolytes
本研究结合单向极化与电化学阻抗谱，发现陶瓷电解质在枝晶穿透前存在符合Randles–Sevcik方程的扩散限制极化动力学，并表明CCD本质上是扩散限制电流密度。
2022-08-26 physics.app-ph physics.chem-ph
Procedure for Obtaining the Analytical Distribution Function of Relaxation Times for the Analysis of Impedance Spectra using the Fox $H$-function
本文提出一种基于Fox H-函数和两次逆拉普拉斯变换的通用解析程序，用于从阻抗模型中获得弛豫时间分布函数，并在已知阻抗模型上验证了其有效性。
2024-01-12 cond-mat.dis-nn math-ph math.MP
Synergistic Effect of One- and Two-dimensional Connected Coral-like Li$_{6.25}$Al$_{0.25}$La$_3$Zr$_2$O$_{12}$ in PEO-Based Composite Solid State Electrolyte
锂金属电池作为最有前途的下一代储能装置之一，得到了广泛的研究。然而，不良的安全性问题和不期望的锂枝晶生长阻碍了锂金属电池的发展。固态电解质的应用由于可以解决安全问题和部分抑制锂枝晶的生长而受到越来越多的关注。基于聚氧化乙烯（PEO）的电解质由于其增强的安全性和优异的柔性而非常有前途。然而，PEO基电解质在室温下的离子电导率较低，并且由于固有的半结晶性质和较差的机械强度，在高温下不能有效地抑制锂枝晶。在这项工作中，一种新的珊瑚状Li6.25Al0.25La3Zr2O12（LALZO）的合成使用作为活性陶瓷填料在PEO。具有LALZO珊瑚（PLC）的PEO表现出增加的离子电导率和机械强度，这导致锂金属的均匀沉积/剥离。装有PLC的Li对称电池在50 ℃下循环1500 h而无短路。组装的LiFePO 4/PLC/Li电池在60 ℃和50 ℃下均显示出优异的循环稳定性。研究结果表明，通过调节填料的微观结构，如珊瑚状LALZO结构，可以有效地改善有机无机复合电解质的电化学性能。
2019-09-07 physics.app-ph physics.chem-ph
An Electrochemical Technique for Measurements of Electrical Conductivity of Aqueous Electrolytes
这里介绍的用于测量电导率的技术是基于电流会聚在小圆盘电极上的原理。因此，大部分欧姆电阻位于盘周围的狭窄区域内。如果参比电极保持在该区域之外，则工作电极和参比电极之间的电势差实际上包括溶液中发生的所有欧姆电位降。此外，该欧姆降可以通过由Newman导出的解析表达式与溶液的电导率相关。在足够高的过电位下，电荷转移的速率受到从本体溶液到电极的电流传导的限制。在这种情况下，电流随电极电位线性变化，溶液的电导率可以使用纽曼表达式从伏安图的斜率估计。用于测量盐溶液电导率的电化学反应是水的阴极还原，用于测量酸水溶液电导率的电化学反应是氢离子的阴极还原。该技术已被用于测量几种常见的水性电解质的电导率。一个很好的协议之间发现本技术和传统的技术的基础上交流阻抗分析。
2017-12-20 physics.app-ph physics.chem-ph
Functional thin films as cathode/electrolyte interlayers: a strategy to enhance the performance and durability of solid oxide fuel cells
诸如固体氧化物燃料电池（SOFC）的电化学装置可以极大地受益于纳米工程化薄膜多功能层的实施，该纳米工程化薄膜多功能层除了提供增强的电化学活性之外，还提供改善的机械和长期稳定性。采用脉冲激光沉积法制备了Sm 0. 2Ce 0. 8 O 1. 9-La 0. 8 Sr 0. 2 MnO 3- $δ$自组装纳米复合材料，并将其作为阳极支撑固体氧化物燃料电池的功能氧电极.在电池结构中引入功能性双层导致用于制造高性能燃料电池（在0.7 V和750 $^\circ$ C下功率密度为1.0 W.cm-2）的简单加工技术。耐久性测试进行了长达1500小时，显示在极端的操作条件下的1 A.cm-2的小降解，而在0.5 A.cm-2的稳定行为。测试后的分析，包括扫描和透射电子显微镜和电化学阻抗谱，表明纳米工程薄膜层保持大部分操作后的形态稳定。
2022-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Surface Reconstruction Limited Conductivity in Block-Copolymer Li Battery Electrolytes
用于锂电池的固体聚合物电解质如果能够提高其导电性，则有望改善安全性和能量密度。纳米结构的嵌段共聚物电解质特别具有提供良好的离子电导率和良好的机械性能的潜力。这项研究表明，以前被忽视的纳米级组成的聚合物电解质接近电极表面的阻抗测量有重要的影响，尽管其可以忽略的程度相比，散装电解质。使用标准的不锈钢阻断电极，锂盐掺杂的聚（异戊二烯-b-苯乙烯-b-环氧乙烷）（ISO）的阻抗表现出显着下降后，电解质的热处理。相比之下，用低分子量聚（环氧乙烷）（PEO）刷覆盖电极表面导致更高和更可再现的电导率值，这对设备的热历史不敏感。这种效果的定性模型是基于这样的假设，即在不同的电极表面的ISO表面重建导致的静电双电层的变化，影响电化学阻抗谱测量。作为主要结果，电极表面的PEO-刷改性有利于含PEO的嵌段共聚物的稳健的电解质性能，并且对于它们的准确表征和在锂离子电池中的使用可能是至关重要的。
2019-09-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
