In-Sensor Threshold Logic Enabled by a Methylcellulose Memristor: A Hardware-Minimal, Programmable pH Sensing Transducer

科学数据银行数据集简介一、数据集基本信息数据集名称：甲基纤维素忆阻器pH阈值传感换能器材料与电学性能数据集英文名称：Methylcellulose Memristor pH Threshold-Sensing Transducer: Materials and Electrical Performance Dataset数据对应的论文题目：In-Sensor Threshold Logic Enabled by a Methylcellulose Memristor: A Hardware-Minimal, Programmable pH Sensing Transducer论文作者：Yanmei Sun, Rui Liu, Xuefeng Liang, Yiting Fu, et al.通讯作者：Yanmei Sun（孙艳梅）作者单位：黑龙江大学电子工程学院，黑龙江省普通高等学校敏感器件与系统重点实验室关键词：甲基纤维素；忆阻器；pH传感器；阈值逻辑；在传感器内计算；氧空位；铱氧化物；生物聚合物电子学数据分类：工程与技术科学—电子科学与技术—半导体器件与微电子学数据产生时间：2024年3月—2026年6月数据保存格式：Excel (.xlsx)、Origin项目文件 (.opju)、CSV (.csv)、TIFF图片 (.tif)、PDF数据量：约2.3 GB（含原始测量数据、拟合结果、DFT计算输入输出文件及高分辨率图片）二、数据集简介 本数据集支撑题为“In-Sensor Threshold Logic Enabled by a Methylcellulose Memristor: A Hardware-Minimal, Programmable pH Sensing Transducer”的研究论文，系统记录了一种以甲基纤维素（Methylcellulose, MC）生物聚合物为活性层的Cu/MC/Cu两端忆阻器及其与电沉积铱氧化物（IrOₓ）pH电极集成的阈值传感换能器的全部实验与计算数据。 数据集主要包含以下七类数据：1.      材料表征数据：MC薄膜的傅里叶变换红外光谱（FTIR，3299 cm⁻±⁰羟基伸缩、2932 cm⁻±⁰CH₂伸缩、1554 cm⁻±⁰COO⁻不对称伸缩、821 cm⁻±⁰吡喃糖环指纹带等）、截面扫描电子显微镜（SEM，薄膜厚度约82 nm）及原子力显微镜（AFM，表面粗糙度约5.2 nm）原始数据。2.      忆阻器直流开关与可靠性数据：Cu/MC/Cu器件的半对数I-V双极开关曲线（V_SET ≈ 1.1 V，V_RESET ≈ −3.3 V，ON/OFF比>10⁴）、10⁴ s保持特性、100次扫描循环 endurance、81个器件的V_SET/V_RESET统计分布及Weibull分布参数（LRS β=4.2，HRS β=3.8）。3.      多级电导与脉冲动力学数据：不同compliance current（0.01–0.1 A）下的渐变/突变开关特性、七至十个可区分电导态、短时程可塑性（STP，2–16 Hz，2 V，50 ms间隔）、长时程增强/抑制（LTP/LTD，±1 V，1000脉冲）、19个离散电阻态50小时保持数据及单脉冲开关速度（SET ~45 µs，RESET ~41 µs）。4.      导电机理数据：HRS下Schottky热电子发射ln(I)–V¹²拟合（低偏压斜率8.34，SET转变区斜率47.36）、LRS下Ohmic传导ln(I)–ln(V)拟合（斜率1.04）、电化学阻抗谱（EIS）Bode/Nyquist曲线及等效电路（双R-CPE并联+Warburg串联R）拟合参数、Au/MC/Cu惰性电极对照器件I-V数据，以及密度泛函理论（DFT）计算的态密度（DOS）与能带结构输入输出文件。5.      IrOₓ电极pH传感数据：电沉积IrOₓ电极在pH 3–10范围内的校准曲线（斜率−64.85 mV/pH，R²=0.998）、正反扫可逆性（−64.89/−65.06 mV/pH）、1800 s长期稳定性、四组pH阶跃瞬态响应时间（15.6–19.2 s）原始数据。6.      系统级阈值换能器数据：双晶体管前端电路原理图与等效电路、pH 10→3斜坡输入下的V_W/V_S/V_OUT节点波形、V_REF从2.17 V调至1.72 V时阈值pH的线性步进数据（R²=0.9999）、系统功耗（~21.3 mW active，nA级待机）及时序（40 ms初始化+300 ms传感+80 ms读取）数据。7.      汗液验证与对标数据：未改性人体汗液中阈值pH 5.0的实测结果、商用pH计/CMOS忆阻器换能器/Kim等[20]、Aslanzadeh等[40]及Asgari[41]的系统性能对标参数表。三、数据来源与采集方法 忆阻器电学测量采用Keysight B1500A半导体参数分析仪配合Cascade探针台完成，所有测量在室温、空气环境下进行。FTIR测试采用Thermo Nicolet iS50光谱仪；SEM采用Zeiss Sigma 300；AFM采用Bruker Dimension Icon。EIS测量采用CHI660E电化学工作站，频率范围1 Hz–1 MHz。IrOₓ电极电沉积采用0.1 M IrCl₃+0.1 M H₂SO₄电解液，恒电位阳极沉积。DFT计算采用VASP软件包，投影缀加波（PAW）方法，PBE泛函，截止能500 eV。汗液样品来自健康志愿者（已获知情同意）。四、数据处理与分析方法 I-V曲线在Origin 2023中进行Schottky/Ohmic线性拟合；Weibull分布采用ln(ln(1/(1-P)))–ln(V)线性回归提取形状参数β与特征电压；EIS等效电路拟合采用ZView软件；DFT结构弛豫收敛判据为10⁻5 eV（电子步）和0.02 eV/Å（离子步）；pH电极斜率与响应时间采用线性回归与10%–90%阶跃法提取。所有拟合参数及原始坐标均随数据集一并公开。五、数据集价值与意义 本数据集为生物聚合物忆阻器在传感器内阈值计算方向的首套完整材料–器件–电路–系统全链条开放数据，可用于：（1）复现Cu/MC/Cu器件的氧空位丝形成与断裂机制；（2）作为新型纤维素基忆阻器性能对比的基准数据；（3）为IrOₓ电极pH响应建模提供原始实验依据；（4）为in-sensor computing前端电路设计者提供可直接引用的器件参数库。数据采用通用格式存储，便于学术界、工业界及开源硬件社区复用。六、数据引用方式 Sun, Y.; Liu, R.; Liang, X.; Fu, Y. et al. Methylcellulose Memristor pH Threshold-Sensing Transducer: Materials and Electrical Performance Dataset.

Science Data Bank, 2026. DOI: [待分配] 关联论文：Sun, Y. et al. In-Sensor Threshold Logic Enabled by a Methylcellulose Memristor: A Hardware-Minimal, Programmable pH Sensing Transducer. Adv.