在科技飛速發展的當下，成像技術在眾多領域發揮著關鍵作用。從日常拍照到自動駕駛，成像陣列都是核心組件。傳統的電荷耦合器件（CCD）和互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器雖廣泛應用，但它們僅依賴光電探測器，缺乏計算、存儲和時間數據融合能力，難以滿足智能成像的需求。而受生物啟發的神經形態成像陣列，能集成光子感知、記憶和處理能力，成為研究熱點。其中，鹵化鈣鈦礦因可調控光生離子和電荷，在神經形態成像領域極具潛力。不過，目前基于鹵化鈣鈦礦的研究存在諸多問題：響應范圍局限于紫外 - 可見區域，無法滿足近紅外（NIR）光在復雜環境（如夜間、霧霾天氣）下的應用需求；多數鹵化鈣鈦礦含鉛，具有毒性，限制了其生物兼容性；用錫（Sn）替代鉛后，又面臨 Sn²⁺氧化和結晶速率快導致的缺陷問題，影響突觸性能。為攻克這些難題，中國科學院大學等研究機構的研究人員開展了深入研究。
研究人員將生物友好的槲皮素（QR）分子引入無毒的 FASnI₃鈣鈦礦薄膜中，通過多位點螯合策略，成功制備出具有良好近紅外響應和光電性能的無鉛鈣鈦礦材料。并利用非平衡光生載流子策略，構建了基于 FASnI₃-QR 鈣鈦礦薄膜的近紅外光電子突觸，展現出準線性時間相關光電流生成、光電流衰減延長、穩定性高和能耗低等優勢。最終，他們在薄膜晶體管（TFT）背板上構建了 12×12 實時神經形態近紅外成像陣列，實現了硬件級的時空融合，可在復雜環境中用于物體識別和運動感知，為自動駕駛和監控系統提供有力支持 。該研究成果發表在《Nature Communications》上，為無鉛鈣鈦礦在智能成像領域的應用開辟了新道路。
在研究方法上，研究人員主要運用了以下關鍵技術：一是密度泛函理論（DFT）計算，用于分析 QR 分子與 FASnI₃鈣鈦礦的相互作用；二是多種光譜技術，如核磁共振（NMR）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、紫外 - 可見吸收光譜（UV-Vis）和光致發光光譜（PL）等，對螯合效果和材料性能進行表征；三是構建多種器件并測試其性能，包括光電子突觸器件和神經形態成像陣列，通過測量光電流、興奮性突觸后電流（EPSC）等參數，評估器件的神經形態行為。
研究結果如下：

• 槲皮素與錫基鈣鈦礦的螯合作用：DFT 計算表明 QR 分子與 Sn²⁺有強相互作用，能形成穩定五元環。NMR、FTIR、UV-Vis 和 PL 光譜等進一步證實了多位點螯合作用的存在。
• 螯合錫基鈣鈦礦薄膜的表征：原位 PL 光譜顯示 QR 分子減緩了 FASnI₃鈣鈦礦薄膜的晶體生長速率，抑制了無序聚集過程，減少了陷阱密度。多種測試手段表明 QR 分子能抑制 Sn 空位形成和 Sn²⁺氧化，降低缺陷密度，提高材料穩定性。
• 近紅外誘導的神經形態行為：構建的光電子突觸在近紅外光激發下展現出神經形態行為。FASnI₃-QR 光電子突觸相比 FASnI₃光電子突觸，具有準線性時間相關光電流生成、光電流衰減延長、配對脈沖易化（PPF）值高、長時程增強（LTP）效果好等優勢，且能耗低、穩定性高。
• 神經形態成像和圖像預處理：FASnI₃-QR 光電子突觸在神經形態圖像預處理中表現出色，其光學響應線性度好，能提高手寫數字識別的準確率。通過 3×3 陣列實驗，成功從噪聲光學輸入中提取出圖像信息。
• 神經形態物體識別和運動感知：基于 FASnI₃-QR 鈣鈦礦的 12×12 神經形態成像陣列，利用近紅外光的穿透性，在復雜環境下實現了物體識別和運動感知。能清晰呈現目標物體的形狀，感知其運動軌跡和方向。
  研究結論表明，通過多位點螯合效應和非平衡光生載流子策略，研究人員制備出了高性能的近紅外光電子突觸和實時神經形態近紅外成像陣列。該研究為無鉛鈣鈦礦在智能成像領域的應用提供了理論和技術支持，推動了神經形態成像技術的發展，有望在自動駕駛、監控等領域實現廣泛應用，提升相關系統的智能化水平和安全性。