石墨烯因具有独特的物理和化学性质而引起世界上科学家的广泛研究热情。石墨烯具有特异的光学特性、超高的电子迁移率、极高的热传导性能和良好的化学稳定性等等。目前，有关石墨烯性能和应用的报导铺天盖地，这为石墨烯在各种电子设备和诸如热管理，太阳能电池等系统中的应用展现出了全新的前景。近来，通过化学气相沉积法(CVD)在金属衬底上来制备石墨烯已经被认为是制备大面积高质量石墨烯的最有前途的方法。然而，据我们所知，以三维多孔陶瓷材料作为生长石墨烯衬底的研究鲜有报道，同样相关三维陶瓷/石墨烯复合材料应用的报道也未见报端。因此，开发出一种新的方法直接在绝缘沉底上沉积高质量石墨烯成为了亟待解决的问题。本论文的创新工作如下:　　(1)石墨烯管和三维石墨烯/陶瓷复合材料的化学气相沉积制各。　　采用常压化学气相沉积法直接在多孔氧化铝陶瓷上制备三维联通的石墨烯。由于该制备方法是在无金属催化剂的条件下高温制备，石墨烯在生长的初期在陶瓷衬底上发生了碳热还原反应，进而成核并生长成石墨烯膜。试验中，我们以阳极氧化铝（AAO）为模，直接在其上沉积石墨烯可以制备具有一维管道形状的石墨烯管。同时我们还以氧化铝粉末压制的陶瓷作为基底来沉积石墨烯，得到了具有三维连通网状结构的石墨烯。这种制备方法不但改变了绝缘陶瓷不导电的属性，而且为陶瓷增加了一个三维热导网络，极大地提升了陶瓷材料的热传输性。实验数据表明，该石墨烯/Al2O3复合体（G-Al2O3）因具有一个三维连通的网络，较低的方块电阻可以达到0.11Ω□-1，相应的复合材料热导率可达8.28 W m-1 K-1。该三维多孔石墨烯/Al2O3复合材料为电子传输和热传导提供了丰富的传导通路，不但可以作为导电材料还可以作为散热片。这样的大孔复合材料同样也可以作为储存相变储能材料的容器用于热能存储。该工作显示了通过化学气相沉积法直接在绝缘陶瓷上沉积的石墨烯在热传导和电子器件领域具有巨大的潜力。　　(2)金属纳米粒子辅助催化制备高品质石墨烯制备。　　定向热传导为热传导和储能等的热管理领域提供了一个有效地管理方法。本章节引入一种新的方法:采用金属镍纳米颗粒作为辅助手段直接在绝缘沉底上化学气相沉积高质量的石墨烯。该制备方法不但可以降低石墨烯的制备温度到800℃，而且制备的石墨烯具有相对较少的缺陷。我们可以在陶瓷基片上均匀地分散金属镍纳米颗粒，该金属颗粒在石墨烯的制备过程中可以迅速的捕捉碳原子并促进石墨烯的加速成核生长。生长在AAO孔道中的石墨烯可以作为该复合材料定向传输的通道，赋予该材料更高的热传输和更好的热管理能力。在Ni/堇青石上沉积过石墨烯后，由于该复合材料具有三维连通的传输网络而具有优异的电传输和热传输性能，方块电阻和热导率分别为8.6Ω sq-1和4.17 W m-1 K-1。该大孔的陶瓷/石墨烯复合材料可以和相变材料伍德合金复合，复合后的材料具有更加优异的热传导性能。该材料可以作为热电制冷器件的散热片，能够有效地提升制冷片的制冷效率。　　我们采用同样的方法，利用金属钴纳米颗粒作为辅助催化的催化剂，直接在绝缘衬底上生长出高质量的石墨烯。该制备机理和镍相同，类似于碳纳米管的气液固(VLS)制备机理。该复合石墨烯材料的方块电阻可达到8.4Ω□-1和热导率与3.86 W m-1 K-1。该石墨烯/陶瓷材料负载少量铂颗粒也可以用作染料敏化太阳能电池(DSSCs)中的背电极，获得了5.8％的光电转换效率。该效率可以与铂电极的电池效率相媲美。　　(3)对陶瓷具有完善的热传导性能的高品质石墨烯涂层生长。　　采用无金属催化的方式直接通过CVD方法在绝缘氧化铝颗粒上沉积石墨烯。在石墨烯生成初期，碳热还原反应使得石墨烯有效地成核并和绝缘衬底通过化学键键合。石墨烯的质量可以通过改变生长温度和气体比率来精确地控制。石墨烯涂覆的氧化铝(G-Al2O3)的复合材料可以用作相变材料硬脂酸(SA)的有效填料，以提高该有机物的热传输性能。试验中通过优化石墨烯的层数、氧化铝颗粒的粒径和填料在复合物中的比例来提升储能材料的热导率。氧化铝包覆填料的引入将SA的热导率从0.15提升至1.65 W m-1 K-1，提高了11倍。该复合在热传递性能上能够有如此大的提升是由于石墨烯优良的热传输性能与石墨烯和SA之间具有良好的润湿性能。当该复合材料引入具有石墨烯涂覆的多孔氧化铝泡沫作为三维传热沉底是，热导率进一步达到2.39 W m-1 K-1，相应的潜热为38 J g-1。该工作展示了石墨烯的热传导和热储能设备中具备极大的应用潜质。