Хемотроника как новое научно-техническое направление возникло на стыке электрохимии и электроники. Это наука о построении разнообразных электрохимических приборов на основе явлений, связанных с прохождением тока в жидких телах с ионной проводимостью.
Исследования показали, что жидкостные системы имеют ряд важных преимуществ перед системами на основе твердых тел. К основным достоинствам жидкостных (электролитических) приборов следует отнести: низкие рабочие напряжения (до 1 В) и малые токи (микроамперы), что позволяет создавать весьма экономичные приборы; появление нелинейности характеристик при малых приложенных напряжениях (0, 05.... 0, 005 В), что позволяет достичь высокой чувствительности нелинейных преобразователей; протекание физико-химических процессов в тонком слое (единицы микрометров), что дает возможность создавать микроминиатюрные элементы схем. Вместе с тем следует учитывать, что небольшая подвижность (порядка 5 · 10-4 см2/(В · с)) значительно ограничивает сверху рабочий диапазон этих приборов (f » 0.... 1 кГц). В настоящее время предложено большое количество различных хемотронных приборов и устройств: управляемые сопротивления, точечные и плоскостные электрохимические диоды и транзисторы, интеграторы, блоки памяти ЭВМ, каскады усиления постоянного тока и др. Общность механизма работы хемотронных приборов и электрохимических механизмов восприятия, преобразования и хранения информации в сложнейших системах живых организмов (в том числе и в нейронах человеческого мозга) позволяет рассчитывать на создание в будущем на жидкостной основе биопреобразователей информации - своеобразных моделей человеческого интеллекта.
Из разнообразных технических средств хемотроники наибольший интерес представляют управляемые сопротивления и запоминающие устройства. Принцип работы электрохимического управляемого сопротивления (этот прибор иногда называют мимистором, рис. 1) основан на изменении сопротивления проводника в результате катодного осаждения на него металла или анодного растворения. Мимистор, работающий с использованием медного электролита, состоит из стеклянного корпуса 4, заполненного электролитом 1 (обычно CuSO4 + H2SO4+ этанол). На одной из стенок герметично закрытой ванны нанесена электропроводящая подложка 6, имеющая выводы 7 и 5, расположенные вне гальванической ванны. Электролит омывает электрод 2 с выводом 3. Входные сигналы подаются на электропроводящую подложку 6 и электрод 2. В зависимости от полярности входных сигналов на подложке 6 медь будет или гальванически осаждаться, или анодно растворяться. Тем самым будет изменяться электрическое сопротивление медной пленки, находящейся на подложке 6. Воспроизведение величины изменяющегося сопротивления обычно производят с помощью мостовых измерительных схем. Приборы подобного типа имеют диапазон изменения сопротивления 0.... 1000 Ом, диапазон токов управления 0, 05.... 1 мА, потребляемую мощность управления 10-3.... 10-6 Вт, объем 0, 2.... 0, 4 см3, массу - несколько граммов. Они могут работать при температурах - 15.... + 100°С, устойчивы к ударным нагрузкам и вибрации. Все эти качества мимисторов делают их весьма перспективными приборами для использования в автоматике, вычислительной и измерительной технике. Они находят применение для создания реле времени, счетчиков импульсов, интегрирующих устройств, самонастраивающихся систем автоматики и т. п. Рис. 1
Принцип действия хемотронной ячейки памяти иллюстрирует рис. 2. В герметичном пластмассовом корпусе расположены два пластинчатых электрода 1 из золота или платины. Электроды с внутренней стороны изолированны эпоксидным покрытием 2, за исключением узкого зазора 3, ширина которого не должна превышать 0, 1 мм. На противоположной стенке ячейки напротив зазора расположен медный электрод 4. Расстояние между этим электродом и пластинчатыми электродами 1 составляет примерно 0, 5 мм. Сопротивление между электродами 1 зависит от наличия раствора электролита в зазоре 3. Если зазор заполнен раствором, то это сопротивление велико. При подаче на электроды 1 напряжения, отрицательного относительно электрода 4, последний начинает растворяться, и в зазоре 3 происходит отложение меди. Через некоторое время (время записи) зазор между электродами 1 будет замкнут осажденной медью и сопротивление между ними резко снизится из-за высокой Рис. 2
проводимости меди. Если же на электроды 1 подать напряжение, положительное относительно электрода 4, то осажденная в зазоре медь растворяется и ячейка возвращается в прежнее состояние, характеризуемое высоким сопротивлением между электродами 1. Таким образом, ячейка имеет два устойчивых состояния, позволяющих записывать информацию в двоичном коде. С помощью несложной схемы коммутации на трехпозиционном переключателе можно осуществить три вида операций - записи, воспроизведения и стирания. Литература
Б. С. Гершунский. Основы электроники и микроэлектроники. Киев, ВШ, 1989г.