碳基纳米材料来源与储量广泛、电学性能良好、载流子迁移率高、柔性且质轻,广泛应用于化学和生物传感器、柔性基底集成电路、高性能锂硫电池及催化与环境保护领域。目前常见的碳基纳米材料制备方法主要是化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition,CVD）。相较于传统CVD,微波等离子体化学气相沉积（Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition,MPCVD）采用微波激发高密度等离子体,良好的无电极结构设计避免了污染的现象,加热效率高、热传导均匀、大幅降低反应温度,为实现碳基纳米材料产业化生产及碳基纳米材料制备与调控提供了一种新的思路与方法。基于此,本文采用MPCVD法制备多壁碳纳米管（Multi Walled Carbon Nanotube,MWCNT）及碳微纳球结构两种材料,并进一步研究气氛、腔压、温度、偏压、反应时间、基底等因素对于碳基纳米材料生长的影响。在此基础上,研究了碳基纳米结构材料的传感与电化学性能。论文取得主要研究进展如下:1、MPCVD法制备碳基纳米材料（1）通过调整气氛、腔压等工艺参数,制备N、C原子比为0.11到0.23、管壁数小于10层到70层的MWCNT;（2）采用各向同性石墨作为基底,成功生长出碳微纳球材料,随着反应温度或反应时间的增长,碳微纳球结构形貌由无规则碳纳米颗粒组装球结构转化为类似足球的多面体微米球形结构,过程中碳微纳米球直径不断增大。2、基于MPCVD法制备的碳基纳米材料生长机理研究（1）通过实验与理论计算,本课题重点关注了气氛调控作用下CNT的生长机理。N₂气氛可显著降低反应物CH₄的解离能,计算发现其解离能垒由18.31 eV降至2.87 eV以下。研究结果表明,适量N₂气氛环境可大幅度提升CNT的产率,此外,CNT的掺N量与反应中N₂的浓度正相关;（2）通过调控反应温度与时间,研究碳微纳球结构生长机理。从形核长大、晶面扩张两个角度分三阶段对碳微纳球结构生长机理做出解释。第一阶段,碳微纳球结构上聚集碳原子,形成由碳纳米球组装而成的碳微米球结构;第二阶段,出现活性晶面,活性晶面扩张直至受阻停止长大;第三阶段,升温、增长反应时间,活性晶面继续扩张,直至与其他活性面接触,停止生长。3、MPCVD法制得碳基纳米材料性能研究（1）采用SiO₂（300nm）/Si作为基底,低温聚合制备聚苯胺/碳纳米管（PANI/CNT）复合材料。气敏性能测试结果表明在室温条件下,PANI/CNT对NH₃存在特异性响应;（2）通过相关测试,本课题研究了碳微纳球结构材料的电化学性能,发现其具有较好的比电容性能,且能通过改变制备条件对其性能进行调控。