基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件及其制法的制作方法

1.本发明属于聚合物纤维技术领域，涉及一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体是涉及一种集成了具有整流功能的离子二极管、信号放大功能的离子晶体管和可以实现神经信号传递功能及忆阻行为的人造突触结构的人造神经纤维器件的连续化生产过程及相关应用。


背景技术：

2.人类大脑中大量的生物过程，包括信息处理和传递，以及学习和记忆现象，都是由神经元之间的离子束调节的。神经元通过突触在复杂的网络中相互连接，这赋予了大脑独特的计算能力，如高度并行性、低功耗和容错特性。利用电子设备模拟生物神经元也就是所谓“人造神经纤维器件”的想法目前正吸引着人们的极大兴趣。神经元通过突触的连接是一个动态进化的过程，在信号处理中起着至关重要的作用。迄今为止，人们提出了不同类型的电子设备来模拟突触功能。最早的是利用硅基互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor,cmos)晶体管电路来模拟突触功能。然而，它们在大规模集成中面临着重大挑战，因为要模拟一个突触或神经元需要10多个晶体管，极大地占用空间；又在能耗上有明显的劣势，限制了其应用范围。因此，亟需开发结构简单、能耗低的新型人工突触，具有简单结构和历史操作依赖可塑特征的有机人工突触在实现学习记忆功能、构建智能性神经网络方面具有很大优势。
3.对比传统电子计算机与人类大脑，在传统的电子器件中，计算和存储功能是通过元器件内部电子和空穴的移动作为信号载体来实现的。而在生物系统中，信号载体不再是电子，而是具有不同尺寸、形状和化学性质的离子，这种信息载体上的差异带来了电子计算机与人类大脑这两个系统的本质不同。但在现阶段，大脑与计算机的双向沟通远未实现实用化，其中一个主要的原因就是这两个系统采用的是两种不同的信号传导介质。近年来新出现的离电子器件(iontronics)，通过移动离子和移动电子的混合电路来实现功能，有希望更好地把离子信号和电子信号结合起来，成为生命体与机器的新契合点。研究表明，带有相反电荷的双极膜和带电微通道可用于整流和切换离子电流，从而应用于生物传感器、逻辑门以及发电机。最近，hayward团队研究表明，具备离子导电的聚电解质可以形成类似于逻辑电子线路元件的具有逻辑功能的离子装置(离子二极管和离子晶体管)，这种装置有望成为为仿生软机器人、智能可穿戴传感器、半机械人组织到人机界面、电子植物和生物分子的数字化控制等各种技术的基础。
4.然而以上这些离子逻辑器件的报道都是基于二维平面的器件设计，主要以实现神经计算和信号传递功能为目的，体积上比较庞大，形态上难以与纤维状的生物神经接驳，无法满足植入类生物电子应用的需求。如果能充分的利用离子聚电解质的优势，将其制作成一维的纤维人造神经器件，则形态上与神经更易联通，植入上也可以最大程度减小人体创口，将具有更广泛的医疗检测和人体增强应用潜力。因而，基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件在“脑机接口”这一科技战略领域更具优势，其研究的科学意义和经济价值不
言而喻。例如美国著名的高科技企业家elonmusk就已于2019年成立了neuralink公司，着手开发人机接口技术，其中的核心设备就是利用高分子材料研发高带宽生物-电子神经界面系统。
5.然而，一维可植入人造神经纤维器件的研究在整个学界尚不成型，相关报道很少，当前大多数医疗和研究采用的神经植入物是刚性和静态的，对人体的舒适性和安全性都存在极大的隐患。因此，通过合适的加工工艺和器件设计开发出具有一维形态的可植入人造神经纤维器件具有非常重要的科学价值。对于人造神经纤维器件，出现了几种组装器件的策略。例如：现有技术cn110215606 a描述了一种人造视网膜神经柔性微电极装置及其制作方法，所述装置包括柔性透明基板和透明tft阵列层，所述透明tft阵列层设于所述柔性透明基板上，用于与人眼中的视神经对接，以向所述视神经传输视觉电信号；但是该人造神经器件整体上为二维平面器件，形态上难以与纤维状的生物神经接驳，无法满足植入类生物电子应用的需求；专利cn109620467 b描述了一种神经导管式人造神经及其制备方法，在采集电极与刺激电极之间布设有由导线电连接的信号处理电路，信号处理电路包括用于对采集电极所采集的神经信号进行分析并生成模拟神经信号的信号生成模块，与用于向刺激电极输出由模拟神经信号经还原成的神经信号的信号还原模块；然而，这种人造神经导管器件虽然整体上是一维器件，但是信号从传入到传出均为电子信号，动物体内大多为离子信号，所以这种器件植入到动物体中应用范围有限，且生物相容性不如离子器件。
6.因此，设计一种能够与生物体兼容的集成具有整流功能的离子二极管、信号放大功能的离子晶体管和可以实现神经信号传递功能及忆阻行为的人造突触结构的半导体人造神经纤维器件具有十分重要的意义。


技术实现要素：

7.为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件及其制法。
8.本发明的目的之一是提供一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，利用导电纤维作为器件内电极，带有相反电荷的两种聚电解质作为离子传输层，导电碳材料作为器件外电极，基于连续涂覆和离子交换等方式制备成为半导体纤维原纤，制备成人造神经纤维器件；这属于连续化的制备方法，该方法简单易行，制备条件温和，可连续涂覆，适合工业化生产，成本低廉。
9.本发明的目的之二是提供一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，该器件核心材料是带有相反电荷的离子聚电解质，其缔合的反离子可以随着浓度梯度或者电场自由移动。利用聚阴离子和聚阳离子之间的界面形成离子双层异质结，制备出利用离子双层来矫正和切换离子电流的离子弹性体二极管、晶体管，如附图2所示。此外，利用离子嵌入-嵌出速度的缓慢与延迟，可以进一步实现神经信号传递功能及忆阻行为的人造突触功能。
10.尽管生命体内神经信号与机器电路内信号的本质都是电信号，但是生命体信号的基础是离子，而机器(如智能手机、计算机等)信号的基础是电子及空穴，再加上生命体与机器在诸如柔性、弹性等物理性质上的巨大差距，二者之间无疑存在巨大鸿沟。本发明采用具有离子传输功能且带有相反电荷的聚电解质材料作为核心功能部件，利用离子双层来矫正
和切换离子电流的离子弹性体二极管、晶体管，实现了离子单向传输与整流、离子信号放大与脉冲信号以及离子忆阻的功能，不仅能够更好地把离子信号和电子信号结合起来，同时利用与动物体内相似的离子环境与生物相容性，有望克服神经纤维器件的植入排异问题，从而在未来真正实现人机交互功能。
11.为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
12.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；
13.a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层、次外层、内层和芯层；外层和芯层为含碳材料的导电层，具有电子传输与存储作用；次外层和内层为两个带有相反电荷的聚电解质层，次外层为聚电解质i层，内层为聚电解质ii层，具有离子迁移与交换作用；
14.a1段、a2段、b段的次外层的电荷类型相同，内层的电荷类型相同；a1段、a2段、b段的外层材质相同，次外层材质相同，内层材质相同，芯层材质相同；
15.相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；如此设计的目的是为了与金属电极层配合形成纤维形态双极结型晶体管和纤维形态离子二极管；
16.各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；发射极、集电极和基极均为圆柱形，从纤维径向方向投影出来的面为矩形；
17.各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管。
18.作为优选的技术方案：
19.如上所述的一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值范围为10～2000μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为10～500:10～1000:10～1500:10～2000；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同(假设共3个a段，即第一个a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距、第二个a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距、第三个a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距三者相同)，a1段的外层与a2段的外层的间距相同(假设共3个a段，即第一个a段的a1段的外层与a2段的外层的间距、第二个a段的a1段的外层与a2段的外层的间距、第三个a段的a1段的外层与a2段的外层的间距三者相同)；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同，由于a2段与b段是处于不同的单元器件上，因此所有相邻的a2段与b段的各层间距取值大小对器件性能没有影响；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同，由于a1段与b段是处于不同的单元器件上，因此所有相邻的b段与a1段的各层间距取值大小对器件性能没有影响；这些尺寸关系能够保证同一根纤维上每个单元器件结构尺寸一致的前提下，有利于探究通过只改变聚电解质的接枝率与器件性能(整流比、开关比)的关系。
20.如上所述的一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，a1段、a2段、b段的外层为碳材料层，芯层为表面负载碳材料的导电纤维层。
21.如上所述的一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，所有的碳材料都选自于碳纳米管、石墨烯和多孔碳材料中的一种以上；导电纤维为银丝、镀银尼龙纤维、碳纳米管纤维或者石墨烯纤维，导电纤维的电阻率为100～104ω
·
cm，导电纤维的单丝线径为10～500μm；电阻率和单丝线径为所选导电纤维材料电阻率值和单丝线径的范围，电阻率值控制导电纤维的导电性，电阻率小，导电性能好，电流流过导电纤维所消耗的电压小，有利于减少器件本身的电阻值，减少误差影响；选择较小的单丝线径，可以提高负载在表面的碳材料的比表面积，提高双电层的比电容。
22.如上所述的一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，a1段、a2段、b段的次外层为聚阴离子电解质层，内层为聚阳离子电解质层；如此设计可形成npn型离子晶体管，同时有利于器件的集成。
23.如上所述的一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，聚阴离子电解质为接枝有磺酸根离子、钠离子对的聚合物，聚阳离子电解质为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的聚合物；所有的聚合物都选自于苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物类聚合物(sebs)、聚砜类聚合物(psu)、聚丙烯酸酯类聚合物和聚苯乙烯聚合物及它们的共聚物中的一种；此处所列高分子材料均为简单易得、价格低廉、易于表面接枝改性且反应条件温和的材料。
24.如上所述的一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，聚阴离子电解质中磺酸根离子、钠离子对的接枝率为0～100％(摩尔百分比)，聚阳离子电解质中咪唑阳离子、氯离子对的接枝率为0～100％(摩尔百分比)，此段的两个接枝率中0是没有接枝上离子的情况，100％是高分子主链每个结构单元都接枝上离子的情况。
25.如上所述的一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，利用半导体参数测试仪scs 4200测试纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比和纤维形态离子二极管的整流比，测得纤维形态双极结型晶体管的开关比为0～40，纤维形态离子二极管的整流比为0～15，开关比和整流比的数值范围中0是次外层或内层所用高分子主链没有接枝上离子情况下测试的开关比和整流比的结果，40和15是次外层或内层所用高分子主链每个结构单元都接枝上离子情况下测试的开关比和整流比的结果。
26.如上所述的一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，所有的金属电极层都为由c和d组成的导电材料，c为在空气中稳定导电的金属或者它们的合金，d为碳纳米管或者石墨烯，c和d的质量比为1～10:1～100，在空气中稳定导电的金属或者它们的合金是指在常温、空气中放置1年导电性能不发生变化的金属或者它们的合金；c所选金属或者合金在空气中稳定，有利于器件的长期使用；d选择碳纳米管或者石墨烯，这些材料均为多孔柔性材料，具有较好的导电网络，可以有效传输和储存电荷，具有较高的表电容，有利于提高器件的性能。
27.本发明还提供制备如上所述的一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的方法，制备过程为：首先在导电纤维的表面不分段涂覆碳材料分散液后干燥形成碳材料涂层i，然后在碳材料涂层i的表面分多段涂覆聚电解质ii溶液后干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离，接着在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1，接着在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆碳材料分散液后干燥形成碳材料涂层ii，最后在各段碳材料涂层ii的表
面沉积金属电极层得到基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件。
28.作为优选的技术方案：
29.如上所述的方法，所有的涂覆都采用喷涂或者刷涂的方式；在导电纤维的表面不分段涂覆碳材料分散液后先对其进行退火处理再在碳材料涂层的表面分多段涂覆聚电解质ii溶液；在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆碳材料分散液后干燥形成碳材料涂层后还进行退火、pdms封装。
30.如上所述的方法，所有的碳材料分散液的浓度都为0.01～10mg
·
ml-1
，聚电解质ii溶液或聚电解质i溶液的浓度为1～50mg
·
ml-1
。
31.本发明的原理如下：
32.本发明中的人造纤维器件，对于纤维形态离子二极管部分，通过对带有相反电荷的聚电解质异质结施加符号相反的直流偏压来表征离子整流。如附图3所示，当施加正向偏置电压( 3v)时，产生的电流随时间缓慢衰减，而反向偏置为-3v会导致电流的快速衰减，整体表现出二极管正向导电，反向不导电的特征，进而表现出对离子电流的整流效应。这是因为两种分别带有阳离子和阴离子的聚电解质网络，其缔合的相反离子可以移动。将主链带有相反离子的聚电解质构建成离子双层(idl)，缔合的离子移动发生熵驱动损耗会产生离子异质结，其意义可类比二极管中的p-n结。当产生正向电压偏置时，外界电场与自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流(导电)。当产生反向电压偏置时，外界电场与自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围中与反向偏置电压值无关的反向饱和电流(不导电)。
33.本发明中的人造纤维器件，对于纤维形态离子晶体管部分，如附图4所示，采用两个聚阴离子层作为发射极(e)和集电极(c)，一个聚阳离子层作为基极(b)，类似于npn型双极性晶体管。本发明将发射极接地，提供发射极-基极输入电流(i
eb
)，并记录发射极-集电极输出特性曲线。聚电解质缔合的反离子可以随着浓度梯度或者电场自由移动。利用聚阴离子和聚阳离子之间的界面形成离子双层(idl)形成聚阴离子-聚阳离子异质结，在异质结处，可移动反离子的熵扩散以idl的形式形成耗尽层，类似于半导体p-n结中的耗尽层。聚电解质链上的固定电荷会产生与扩散电流相反的漂移电流，直到平衡，从而表现出离子电流的“开-关”特性。
34.本发明中的人造纤维器件，对于人造神经纤维器件神经信号传递功能及忆阻行为，如附图5所示，当对芯层的负载碳材料的导电纤维施加方波电压信号时，由于功能层(即次外层和内层的聚电解质层)为具有离子传导特性的聚电解质，利用电子-离子耦合作用，所以可以输出相应的离子电流信号；同时，利用离子嵌入-嵌出速度的缓慢与延迟，导致离子信号在在功能层中具有一定的保留时间，导致电阻具有一定的记忆特性，从而表现出电流信号的忆阻行为。
35.因此，通过不同的结构设计，这使得本发明中基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件在同一根纤维上同时实现了离子二极管的整流功能、离子晶体管的“开-关”特性和人造突触结构的神经信号传递功能及忆阻行为。
36.有益效果
37.(1)本发明的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，简单易行，制备条件温和，可连续涂覆，适合工业化生产，成本低廉；所述基于层层涂覆的方式在同
一根纤维上实现二极管、晶体管和人造突触结构功能集成的离子纤维状逻辑器件，同时又实现了半导体纤维的一体化成型及连续化生产，具有应用于工业化大规模生产的前景；
38.(2)本发明的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，利用聚阴离子和聚阳离子之间的界面形成离子双层异质结，制备出利用离子双层来矫正和切换离子电流的离子弹性体二极管、晶体管。同时利用离子嵌入-嵌出速度的缓慢与延迟，进一步实现神经信号传递功能及忆阻行为的人造突触功能，在智能服装、智能可穿戴、植入式医疗监测器件、柔性逻辑传感等领域具有广阔的应用领域；
39.(3)本发明的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，能够更好地把离子信号和电子信号结合起来，同时利用与动物体内相似的离子环境与生物相容性，有望克服神经纤维器件的植入排异问题，从而在未来真正实现人机交互功能，具有良好的应用前景。
附图说明
40.图1为基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的结构示意图；其中，1-表面负载碳材料的导电纤维层，2-沟道(a1段的次外层和a2段的次外层之间的间隔)，3-聚阳离子电解质层，4-聚阴离子电解质层，6-双极结型晶体管，7-离子二极管；
41.图2为实施例2中制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的次外层和外层聚电解质材料的交界处的sem断面及断面处的eds照片；其中，左图为sem断面图，中图和右图为eds照片；im为聚阳离子电解质层，sn为聚阴离子电解质层；
42.图3为实施例2制得的显示出整流性能的纤维形态离子二极管的i-v特性曲线；
43.图4为实施例2制得的纤维形态双极结型晶体管的输出特性曲线；
44.图5为实施例2制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的神经信号传递功能及忆阻行为。
具体实施方式
45.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
46.本发明中基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的二极管整流比和晶体管开关比的测试方法如文献(doi:10.1126/science.aay8467)所述。
47.本发明中基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的神经信号传递功能的测试方法如文献(doi:10.1126/sciadv.aba1178)所述。
48.本发明中基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的忆阻行为的测试方法如文献(doi:10.1038/nmat4856)所述。
49.下面实施例所使用的聚合物中，聚砜的cas号为25135-51-7，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物的cas号为66070-58-4，聚丙烯酸丁酯的cas号为9003-49-0，聚丙烯酸乙酯的cas号为9003-32-1。
50.实施例1
51.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
52.(1)采用喷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为0.01mg
·
ml-1
的碳纳米管分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为银丝，导电纤维的电阻率为10ω
·
cm，导电纤维的单丝线径为10μm；
53.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用喷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为1mg
·
ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为四氢呋喃，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为0％；
54.(3)采用喷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为1mg
·
ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为四氢呋喃，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为0％；
55.(4)采用喷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为0.01mg
·
ml-1
的碳纳米管分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
56.(5)通过干法(真空蒸镀法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为1:1的铂和碳纳米管组成的导电材料。
57.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，如图1所示，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层4)、内层(聚阳离子电解质层3)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层1)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为10μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为10:10:10:10；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为1μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为1μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管6，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管7；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为0，纤维形态离子二极管的整流比为0。
58.实施例2
59.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
60.(1)采用刷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为10mg
·
ml-1
的碳纳米管分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为银丝，导电纤维的电阻率为104ω
·
cm，导电纤维的单丝线径为500μm；
61.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用刷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为50mg
·
ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为四氢呋喃，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为10％；
62.(3)采用刷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为5mg
·
ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为四氢呋喃，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为100％；
63.(4)采用刷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为0.05mg
·
ml-1
的石墨烯分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
64.(5)通过湿法(涂敷电极浆料法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为1:100的金铂合金和碳纳米管组成的导电材料。
65.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层)、内层(聚阳离子电解质层)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接，次外层和外层不相连的地方形成沟道；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为100μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为500:1000:1500:2000；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为100μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为100μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为40，纤维形态离子二极管的整流比为15。
66.实施例3
67.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
68.(1)采用喷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为3mg
·
ml-1
的石墨烯分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为镀银尼龙纤维，导电纤维的电阻率为10ω
·
cm，导电纤维的单丝线径为100μm；
69.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用喷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为15mg
·
ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为氯仿，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有
咪唑阳离子、氯离子对的聚砜，接枝率为20％；
70.(3)采用喷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为10mg
·
ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为氯仿，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的聚砜，接枝率为100％；
71.(4)采用喷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为0.1mg
·
ml-1
的碳纳米管分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
72.(5)通过湿法(涂敷电极浆料法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为5:100的金和碳纳米管组成的导电材料。
73.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层)、内层(聚阳离子电解质层)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接，次外层和外层不相连的地方形成沟道；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为500μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为10:1000:1500:2000；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为500μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为500μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为20，纤维形态离子二极管的整流比为10。
74.实施例4
75.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
76.(1)采用刷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为1mg
·
ml-1
的石墨烯分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为镀银尼龙纤维，导电纤维的电阻率为100ω
·
cm，导电纤维的单丝线径为150μm；
77.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用刷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为10mg
·
ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为四氢呋喃，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的聚丙烯酸丁酯，接枝率为30％；
78.(3)采用刷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为15mg
·
ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为四氢
呋喃，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的聚丙烯酸丁酯，接枝率为50％；
79.(4)采用刷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为1mg
·
ml-1
的石墨烯分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
80.(5)通过湿法(打印导电油墨法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为10:50的铂和碳纳米管组成的导电材料。
81.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层)、内层(聚阳离子电解质层)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接，次外层和外层不相连的地方形成沟道；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为1000μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为10:10:1500:2000；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为1000μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为1000μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为5，纤维形态离子二极管的整流比为0。
82.实施例5
83.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
84.(1)采用喷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为0.3mg
·
ml-1
的碳纳米管分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为碳纳米管纤维，导电纤维的电阻率为10ω
·
cm，导电纤维的单丝线径为150μm；
85.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用喷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为10mg
·
ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为四氢呋喃，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为40％；
86.(3)采用喷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为20mg
·
ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为四氢呋喃，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为100％；
87.(4)采用喷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为2mg
·
ml-1
的
多孔碳分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
88.(5)通过湿法(打印导电油墨法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为10:20的金和碳纳米管组成的导电材料。
89.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层)、内层(聚阳离子电解质层)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接，次外层和外层不相连的地方形成沟道；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为1500μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为100:1000:1500:2000；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为2000μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为2000μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为30，纤维形态离子二极管的整流比为10。
90.实施例6
91.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
92.(1)采用刷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为0.3mg
·
ml-1
的多孔碳材料分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为银丝，导电纤维的电阻率为10ω
·
cm，导电纤维的单丝线径为50μm；
93.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用刷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为5mg
·
ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为四氢呋喃，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为50％；
94.(3)采用刷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为25mg
·
ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为四氢呋喃，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为100％；
95.(4)采用刷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为3mg
·
ml-1
的碳纳米管分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
96.(5)通过干法(真空蒸镀法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基
于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为10:80的铂和碳纳米管组成的导电材料。
97.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层)、内层(聚阳离子电解质层)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接，次外层和外层不相连的地方形成沟道；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为2000μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为500:800:1500:2000；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为3000μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为3000μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为40，纤维形态离子二极管的整流比为10。
98.实施例7
99.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
100.(1)采用刷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为3mg
·
ml-1
的石墨烯分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为石墨烯纤维，导电纤维的电阻率为100ω
·
cm，导电纤维的单丝线径为150μm；
101.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用刷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为15mg
·
ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为甲苯，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的聚砜，接枝率为60％；
102.(3)采用刷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为30mg
·
ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为甲苯，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的聚砜，接枝率为100％；
103.(4)采用刷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为4mg
·
ml-1
的石墨烯分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
104.(5)通过湿法(涂敷电极浆料法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为5:80的金和石墨烯组成的导电材料。
105.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位
于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层)、内层(聚阳离子电解质层)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接，次外层和外层不相连的地方形成沟道；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为800μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为100:1000:1200:2000；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为4000μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为4000μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为30，纤维形态离子二极管的整流比为15。
106.实施例8
107.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
108.(1)采用喷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为0.3mg
·
ml-1
的碳纳米管纤维分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为碳纳米管，导电纤维的电阻率为103ω
·
cm，导电纤维的单丝线径为150μm；
109.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用喷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为10mg
·
ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为甲苯，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的聚苯乙烯，接枝率为70％；
110.(3)采用喷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为35mg
·
ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为甲苯，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的聚苯乙烯，接枝率为50％；
111.(4)采用喷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为5mg
·
ml-1
的碳纳米管分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
112.(5)通过湿法(打印导电油墨法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为2:100的铂和石墨烯组成的导电材料。
113.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层)、内层(聚阳离子电解质层)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接，
次外层和外层不相连的地方形成沟道；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为1000μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为200:1000:1500:2000；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为4500μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为4500μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为40，纤维形态离子二极管的整流比为15。
114.实施例9
115.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
116.(1)采用喷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为3mg
·
ml-1
的碳纳米管纤维分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为碳纳米管，导电纤维的电阻率为100ω
·
cm，导电纤维的单丝线径为150μm；
117.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用喷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为15mg
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ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为氯仿，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的聚苯乙烯，接枝率为80％；
118.(3)采用喷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为40mg
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ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为氯仿，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的聚苯乙烯，接枝率为50％；
119.(4)采用喷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为8mg
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ml-1
的石墨烯分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
120.(5)通过湿法(涂敷电极浆料法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为2:90的金和石墨烯组成的导电材料。
121.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层)、内层(聚阳离子电解质层)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接，次外层和外层不相连的地方形成沟道；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为1500μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为500:1000:1500:1800；不同的a段的a1段
的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为2500μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为2500μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为40，纤维形态离子二极管的整流比为15。
122.实施例10
123.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
124.(1)采用喷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为0.3mg
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ml-1
的石墨烯分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为石墨烯纤维，导电纤维的电阻率为103ω
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cm，导电纤维的单丝线径为100μm；
125.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用喷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为10mg
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ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为甲苯，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为90％；
126.(3)采用喷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为45mg
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ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为甲苯，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，接枝率为50％；
127.(4)采用喷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为10mg
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ml-1
的多孔碳分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
128.(5)通过湿法(涂敷电极浆料法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为5:60的铂和石墨烯组成的导电材料。
129.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层)、内层(聚阳离子电解质层)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接，次外层和外层不相连的地方形成沟道；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为10μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为500:800:1000:2000；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为1500μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为1500μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段
中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成纤维形态离子二极管；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为40，纤维形态离子二极管的整流比为15。
130.实施例11
131.一种基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的制备方法，具体步骤如下：
132.(1)采用喷涂的方式在导电纤维的表面不分段涂覆浓度为5mg
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ml-1
的质量比为1:1的碳纳米管和石墨烯的混合物分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层i；其中，导电纤维为银丝，导电纤维的电阻率为103ω
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cm，导电纤维的单丝线径为500μm；
133.(2)对步骤(1)的产物进行退火，采用喷涂的方式，在碳材料涂层i的表面分多段涂覆浓度为50mg
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ml-1
的聚电解质ii溶液，干燥形成聚电解质ii涂层，相邻两段聚电解质ii涂层间隔一定的距离；聚电解质ii溶液的溶剂为氯仿，溶质为聚阳离子电解质，具体为接枝有咪唑阳离子、氯离子对的质量比为1:1的聚砜和聚丙烯酸乙酯的混合物，接枝率为100％；
134.(3)采用喷涂的方式，在各段聚电解质ii涂层的表面涂覆浓度为50mg
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ml-1
的聚电解质i溶液后干燥形成聚电解质i涂层，其中相邻两段聚电解质ii涂层中一个表面上聚电解质i涂层的数量为2，另一个表面上聚电解质i涂层的数量为1；聚电解质i溶液的溶剂为甲苯，溶质为聚阴离子电解质，具体为接枝有磺酸根离子、钠离子对的质量比为1:1的聚砜和聚丙烯酸乙酯的混合物，接枝率为100％；
135.(4)采用喷涂的方式，在各段聚电解质i涂层的表面不分段涂覆浓度为5mg
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ml-1
的石墨烯分散液(分散剂为乙醇)后干燥形成碳材料涂层ii，然后进行退火、pdms封装，得到纤维状主体；
136.(5)通过干法(真空蒸镀法)在各段碳材料涂层ii的表面沉积金属电极层，制得基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件；其中，所有的金属电极层都为由质量比为10:100的铂和石墨烯组成的导电材料。
137.制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件，包括纤维状主体和金属电极层；纤维状主体由沿长度方向交替排列的a段和b段构成，a段由a1段和a2段构成，a2段位于a1段和b段之间；a1段、a2段、b段都具有皮芯结构，自外向内包括外层(碳材料层)、次外层(聚阴离子电解质层)、内层(聚阳离子电解质层)和芯层(表面负载碳材料的导电纤维层)；相邻的a1段与a2段的芯层相互连接，内层相互连接，次外层不相互连接，外层不相互连接，次外层和外层不相连的地方形成沟道；相邻的a2段与b段仅芯层相互连接；相邻的b段与a1段仅芯层相互连接；a1段、a2段、b段的最大直径相同，取值为1500μm；a1段、a2段或b段中外层厚度、次外层厚度、内层厚度和芯层直径之比为10:10:10:10；不同的a段的a1段的次外层与a2段的次外层的间距相同，间距取值均为5000μm，a1段的外层与a2段的外层的间距相同，间距取值均为5000μm；所有相邻的a2段与b段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；所有相邻的b段与a1段的内层间距相同，次外层间距相同，外层间距相同；各a段中，a1段和a2段的外层分别涂覆有金属电极层，两个金属电极层与a段的芯层构成纤维形态双极结型晶体管，其中，位于a1段上的金属电极层作为发射极，位于a2段上的金属电极层作为集电极，a段的芯层作为基极；各b段中，外层涂覆有金属电极层，金属电极层与b段的芯层构成
纤维形态离子二极管；制得的基于离子聚电解质的半导体人造神经纤维器件的纤维形态双极结型晶体管的开关比为40，纤维形态离子二极管的整流比为15。