随着气相沉积法(CVD)的发展,大尺寸单层石墨烯已经实现大规模工业化生产,促进了石墨烯在更多领域中的应用,如柔性电子元器件。石墨烯/基底的微结构是电子元器件的基础与核心。石墨烯与基底间的界面力学行为直接影响了器件的结构可靠性与性能稳定性,同时,石墨烯及其纳米异质结构的应变调控也依赖于界面间的载荷传递。目前,石墨烯等纳米材料性能研究方面存在的突出问题是有关界面性能量化表征的数据十分分散,分散度达到数个量级之大。针对这一问题,本文以CVD法制备的石墨烯/基底微结构为研究对象,以显微拉曼光谱技术为手段,系统地研究了石墨烯/基底的界面力学性能,重点分析了若干个典型影响因素对石墨烯/基底界面力学性能的影响。论文选题具有明确的工程应用背景及重要的科学意义。首先,本文设计并制备了一厘米长的单层CVD石墨烯/PET基底微结构用于石墨烯界面力学性能的研究。讨论了石墨烯拉曼光谱应力应变定量测量的基本方法,通过微拉伸与拉曼实验原位测量了加载和卸载条件下较大尺寸石墨烯试件的全场应变分布信息,分析了界面间的载荷/应变传递与脱粘演化,并提取了五个界面力学参数定量表征石墨烯的界面力学性能。为了探究石墨烯等纳米材料界面力学性能是否受尺寸影响,本文设计并制备了跨越宏、微观尺度的八种不同尺寸的石墨烯试件。通过系列的拉曼实验发现石墨烯/基底的界面力学性能存在尺寸效应,并给出了石墨烯试件的界面强度与石墨烯长度之间存在幂指数减小的规律。通过本文提出的尺寸效应幂指数规律较好地解释了以往文献中不同学者给出的实验数据分散性巨大的原因。实验分析还表明石墨烯的边缘区域是影响界面力学性能的主要因素,是石墨烯尺寸效应的主因之一,并据此提出了相对临界长度的概念用于石墨烯材料界面性能的尺寸效应的表征。其次,本文以七种不同的剥离速率进行了双悬臂梁剥离实验,分别测量了不同剥离速率下石墨烯/PET基底的界面黏着能。实验结果发现,石墨烯/基底的界面黏着能随剥离速率的增加呈线性增加。为研究界面黏着能受剥离速率影响的原因,本文通过拉曼光谱对不同速率剥离后试件的界面断口的全场应变信息进行测量,发现过快的剥离速率造成转移的石墨烯出现断裂、损伤与残余拉应变,引起额外的能量耗散,是造成石墨烯/基底界面黏着能的测量结果对剥离速率具有依赖性的主要原因。最后,本文提出了一种由双悬臂梁断裂实验测量石墨烯类二维薄膜材料界面黏着能时,确定最优剥离速率的方法。最后,本文建立了考虑基底粗糙度的影响的石墨烯与粗糙基底通过界面间范德华力相互作用的理论模型。首先通过解析法进行求解,给出了范德华作用势的四阶精度表达式,结果表明该解析解在大粗糙度情况下会出现不收敛的情况。由此,发展了数值解法,建立了石墨烯在粗糙基底上固定距离滑动时的摩擦系数及最大界面切应力(界面强度)与基底粗糙度和界面黏着能的关系式,表明二者均与基底粗糙度成正比,且最大界面切应力与界面黏着能成正比。并且,石墨烯原子在平衡距离上方滑动时,其平衡位置存在分岔现象且会出现负摩擦系数的情况。进一步分析了石墨烯原子顺基底粗糙形态起伏滑动的情况,表明当其不受法向外力作用下起伏滑动时,其所受的切向范德华力极小,几乎可以忽略,从理论的角度预测了石墨烯/基底微结构中可以出现超润滑。最后结合本文的实验结果,从理论角度解释了基底粗糙度是造成石墨烯界面力学性能尺寸效应的原因之一。