石墨烯(Graphene)有着优异的电学性能、力学性能和光学性能,因此石墨烯在半导体器件、生物及力学传感器件等方面有着广泛的应用。但是传统的化学气相沉积法(CVD)在金属催化剂上生长和转移石墨烯通常会引起许多缺陷,如铜和石墨烯的热膨胀系数不同,在降温过程中,石墨烯薄膜收缩会产生表面裂纹。转移过程中会引入有机物杂质、由于外力引起薄膜破损,使制备的石墨烯器件质量变差。本文针对石墨烯生长方法中存在的问题,较低温(700～900 ℃)下使用等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD)在镀镍膜的绝缘衬底上直接制备了英寸级少层均质无转移石墨烯薄膜,其平均表面方阻大小为821 Ω/sq,透光率可以达到96.5%,这种石墨烯也可以在任意曲面上生长,在光电领域显示了良好的应用前景。优化后生长工艺参数中生长时间为10 min,铜膜厚度为25 nm,生长温度为900℃,射频功率为150 W,甲烷气体流量为16 sccm。在无转移石墨烯的生长过程中,石墨烯在现有的电化学抛光硅衬底附着力较差,形成的石墨烯薄膜容易脱落,因此加工出适合生长无转移石墨烯的衬底尤为重要。本文研制了一种二氧化铈作为添加剂的新型金刚石砂轮,对硅衬底进行超精密磨削加工,砂轮进给速度为4～20 μm/min,磨削速度为40.3 m/s,工件转速为100 rpm,实现了硅衬底的高效超低损伤超光滑表面制造。进给速度为8 μm/min时,表面粗糙度为0.8 nm,表面的非晶层达到了43 nm。研究结果显示,其磨削过程中除了金刚石磨粒对表面的磨削作用,砂轮中特殊填料二氧化铈会和硅表面发生化学反应,有效去除硅材料,实现了高效超低损伤超精密机械化学磨削。无转移石墨烯可在复杂沟槽表面衬底生长,拉曼光谱测试表明,仍然可以得到少层均质石墨烯,测试了其光电性能并应用于透明电路中。另外,对无转移石墨烯力学传感器进行了重复性测试,并对人体的各项运动及语音进行了识别。制备了无转移石墨烯离子生物传感器件,测试了不同浓度下钠和铅离子对传感器霍尔效应参数的影响。通过判断载流子浓度的变化区分钠离子和铅离子,并根据变化量判断铅离子的浓度,铅离子的载流子浓度变化率最大达到了25.4%,检测极限为1nmol/L,高于人体铅离子浓度的检测标准,说明石墨烯离子生物传感器可应用于人体血液重金属离子浓度检测。