以单个或若干分子聚集体为主体的分子器件不仅有利于实现器件的微小化和高度集成,而且还可以作为研究分子尺度本征物理现象和量子效应的理想体系。丰富的分子材料和灵活的化学设计、合成、自组装方法再结合微纳加工和测试手段,为分子器件提供了更大的发展空间和应用前景。而如何有效地构筑高性能、微小化和功能化的分子器件是该领域发展面临的首要问题。针对该问题,本论文提出并发展了一种利用性能优异的二维石墨烯构筑纳米电极的新方法,以此为平台开展了一系列分子异质结和微小化有机场效应晶体管(OFETs)的构筑和研究工作。利用石墨烯自身的结构、性质优势及其与分子材料的有效结合,通过器件结构和构筑方法的设计,将构筑基于石墨烯纳米电极的分子器件发展成为一种普适性的方法,用于研究分子材料电荷输运性质与分子结构、组装方式的关系,实现了器件制备成功率的提高、性能的优化、微小化和多种功能化的协同发展等等。主要研究工作分为以下三个方面:　　1.针对分子异质结中分子与电极之间的非欧姆接触问题,为了进一步提高分子异质结的制备成功率,这里提出了基于锯齿形石墨烯纳米电极阵列构筑新型分子异质结的方法。通过特殊设计的虚线刻蚀过程在二维单层的石墨烯上引入一系列分子尺度的纳米间隙阵列,作为纳米电极。将不同的有机共轭分子通过牢固的酰胺共价键与石墨烯纳米电极连接,构筑分子异质结,并将基于纳米电极的分子异质结制备成功率显著提高至50％。在此基础上,将该方法发展成为一种可以通过引入不同功能分子构筑功能化分子异质结的普适性方法,包括光和pH响应的多功能分子开关,并实现了分子异质结的原位合成。无论对于基础科学研究还是应用需求,该方法为研究分子自身电学性质以及构筑多功能的分子器件集成电路都提供了新的方法和思路。　　2.将有机场效应晶体管(OFETs)的尺寸缩小至纳米尺度可以实现新的无缺陷电荷传输机制,有利于器件性能的提高。为了克服OFETs微小化过程中面临的困难和挑战,提出了一种具有普适性的“统筹法”构筑OFETs器件的指导思想。将导电率高,与有机分子有强相互作用并接触良好的石墨烯氧化切割制备成二维纳米电极。首先发展了基于石墨烯纳米电极构筑光响应的纳米OFETs的普适性方法,器件表现出与宏观晶体管相似的优异性能。由于采用光敏感的有机半导体材料,器件表现出良好的光响应性质。该工作证明了石墨烯纳米电极应用于微小化OFETs的有效性和优越性,为构建新型超灵敏的分子器件的研究奠定了基础。　　进一步的,在“统筹法”思想指导下,将分子有序堆积的CuPc LB单分子膜与石墨烯纳米电极有效结合,构筑了单分子膜晶体管器件。利用石墨烯电极以及LB膜两者的优势,器件性能得到显著提升,表现为好的迁移率,高的开关比和接近100％的器件制备成功率和重现性。更为重要的是,器件表现出了通常在单分子膜中难以实现的光电响应,光响应度可达7.10×105 AW-1,对研究分子材料的光电性能和构建高响应度的可调光检测器都极具意义。这种将自下而上的自组装方法与自上而下的微纳加工手段相结合构建功能化分子器件的方法希望能对分子器件的发展和应用做出贡献。　　3.为进一步实现分子器件在水平和垂直方向的等比例缩小,优化性能,降低能耗,构建低压工作的晶体管器件,并克服之前工作中分子异质结在分子输运性质研究方面遇到的困难和微小化OFETs的短沟道效应,本论文分别通过物理沉积法、图案化局域介电层法和溶胶凝胶液态法,采用多种无机金属氧化物高k材料,制各超薄的高k介电层。三种方法均可以构筑低漏电密度的整体或图案化的高k介电层石墨烯晶体管器件和石墨烯纳米电极。其中通过溶胶凝胶液态法制备的氧化铪高k介电层,可用于构筑基于石墨烯纳米电极的高k介电层OFETs,得到的器件可以实现低压工作并明显改善了之前的短沟道效应。这部分工作为后续实现基于石墨烯纳米电极的分子器件器件能耗的降低,速度的提升,性能的优化以及对分子电学输运性质和新奇物理效应的测试和研究奠定了基础。