富勒烯在果胶多糖薄膜中的电阻开关特性：可持续电子器件的绿色突破

为解决人工智能和物联网对环保型非易失性存储技术的需求，研究人员通过SON/nC60方法将C60（0.05-0.20 wt.%）掺入果胶薄膜，开发出高性能可持续ReRAM（电阻开关存储器）。结果表明，0.20 wt.% C60使器件ON/OFF比提升近3个数量级，读取存储窗口（Read Memory Window）扩大1.96倍，且循环稳定性超100次。该研究为生物有机材料在绿色电子中的应用提供了新范式。

　　

随着人工智能和物联网的爆发式增长，传统硅基存储器的高能耗和环境污染问题日益凸显。尤其在“双碳”目标下，开发可降解、低成本的生物基存储材料成为全球研究热点。然而，现有生物聚合物存储器普遍存在稳定性差、开关比低的瓶颈。如何通过分子设计提升性能，同时保持环境友好特性，是可持续电子领域亟待解决的难题。

针对这一挑战，某研究团队在《Green Materials》发表了一项创新研究，将足球烯结构的富勒烯(C₆₀)嵌入天然果胶基质，构建出高性能电阻开关存储器(ReRAM)。研究人员采用溶液振荡纳米复合(SON/nC₆₀)技术，将不同浓度(0.05-0.20 wt.%)的C₆₀均匀分散于果胶薄膜中。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实了C₆₀与果胶羟基的氢键相互作用，原子力显微镜(AFM)显示0.20 wt.%组薄膜粗糙度降低至0.38 nm，半导体参数分析仪则量化了电学性能的提升。

C₆₀浓度依赖的电阻开关特性
系统比较发现，0.20 wt.% C₆₀掺入使器件ON/OFF电流比从纯果胶的10²跃升至10⁵，归因于富勒烯促进的电荷陷阱能级形成。读取存储窗口从1.2 V扩展至2.35 V，表明信息分辨能力显著增强。

稳定性的分子机制
循环测试显示，高浓度C₆₀组在100次切换后电阻波动<5%。FTIR谱图中1720 cm^-1处酯键特征峰增强，证实C₆₀诱导果胶形成三维交联网络，提高了介质层的机械强度和电荷阻挡能力。

能量阈值调控效应
通过Arrhenius方程计算发现，0.20 wt.%器件的开关激活能达0.78 eV，较对照组提高63%。这表明富勒烯通过增加分子间势垒，实现了更稳定的双稳态电阻切换。

该研究首次证实果胶-C₆₀复合材料可兼具生态友好与高性能存储特性。其创新点在于：① 提出SON/nC₆₀这种可规模化制备的绿色工艺；② 阐明富勒烯浓度与交联密度的构效关系；③ 为生物多糖在神经形态计算等前沿领域的应用奠定基础。讨论部分指出，未来可通过调控果胶酯化度进一步优化界面电荷传输，这种“自然-纳米”杂化策略也可拓展至其他生物聚合物体系。