電子元器件的多功能化是應(yīng)用電子技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)，因而非硅基材料越來越受到研究人員的關(guān)注。2016年，國(guó)家納米科學(xué)中心鄢勇課題組與韓國(guó)蔚山科技大學(xué)的Bartosz Grzybowski教授等人合作，采用金屬納米顆粒構(gòu)建了雙層結(jié)構(gòu)的二極管、電阻等電子元器件，并與各種金納米顆粒構(gòu)建的傳感器件集成，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境信號(hào)的采集、處理和報(bào)告，相關(guān)成果以封面文章的形式發(fā)表在《自然：納米技術(shù)》（Nature Nanotech., 2016,11, 603-608）上。其中，最重要的二極管的設(shè)計(jì)受到了傳統(tǒng)半導(dǎo)體pn結(jié)的啟發(fā)，將兩層帶有相反電荷的金納米顆粒薄膜面對(duì)面接觸，可遷移的對(duì)離子在熵驅(qū)動(dòng)下由于濃度梯度相互擴(kuò)散，從而在界面處建立內(nèi)建電場(chǎng)，調(diào)控電子的不對(duì)稱輸運(yùn)。

最近，鄢勇課題組將類似的設(shè)計(jì)理念推廣到無能隙的石墨烯材料，采用帶相反電荷的氧化石墨烯作為活性層，高導(dǎo)電率的單壁碳納米管作為電極，實(shí)現(xiàn)了全碳材料pn二極管的構(gòu)筑。該二極管具有一定的透光性，可以集成實(shí)現(xiàn)邏輯輸出，并且可以制備在柔性基底上等優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)成果以“All carbon materials pn diode”為題發(fā)表在《自然：通訊》（Nature Commun., 2018,9, 3750）上。

另外，通過器件結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了單種帶電金屬納米顆粒二極管的構(gòu)建。即采用碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜與金薄膜作為不對(duì)稱電極對(duì)，帶電金納米顆粒作為活性層，利用兩個(gè)電極特征電容值的差別，創(chuàng)造偏壓下的不對(duì)稱電荷分布，從而實(shí)現(xiàn)整流效應(yīng)。同時(shí)，該課題組將其集成到礦石收音機(jī)的檢波電路中，基于自制的發(fā)射、傳送裝置，實(shí)現(xiàn)了音頻信號(hào)的解調(diào)。

相關(guān)成果將以“Switchable counterion gradients around charged metallic nanoparticles enable reception of radio waves”為題發(fā)表在Science Advances（2018,4, eaau3546）上。這些工作為新型電子器件的設(shè)計(jì)、開發(fā)以及電子器件的多功能化提供了一些思路，也豐富了電子器件材料的可選性。

以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21571039）和中國(guó)科學(xué)院經(jīng)費(fèi)的支持。