石墨烯为代表的二维晶体材料具有独特的原子层结构和奇特的物理力学性质,成为近年来基础研究的热点之一。本论文着眼于石墨烯制备和新型器件应用,采用化学气相沉积、电声学测试等实验方法,结合分子动力学模拟理论方法,对石墨烯可控生长以及石墨烯在热致发声器件、动态双电层水能收集、离子电流整流器件方面开展了系统研究;并初步研究了过渡族金属二硫化物范德华异质结器件的低温电输运性质,取得的主要成果如下:（1）石墨烯晶粒可控制备及对基底铜氧化性能影响:采用化学气相沉积方法,系统研究了石墨烯生长影响因素,实现了对石墨烯晶粒的可控制备。揭示了石墨烯晶粒对基底铜片氧化性能的影响:在短时间高温条件下石墨烯具有显著的隔绝空气、抗氧化能力;而长期暴露于大气环境,石墨烯却加快基底铜片腐蚀。这一结果为石墨烯作为抗腐蚀涂层提供了新的认识和指导。（2）低电压驱动三维石墨烯热致发声器:我们首次提出使用三维网状石墨烯用于热致发声器件。首先利用化学气相沉积方法,在泡沫镍上制备单层或少数层石墨烯,并采用PMMA转移和冷冻干燥方法获得了自支撑三维石墨烯结构。系统研究了该三维石墨烯发声性能与输入功率、距离和频率的关系。通过比较基底支撑的平面石墨烯发声,发现三维石墨烯结构显著降低了对基底的热耗散作用,具有更好的热声性能。并且由于三维石墨烯网状互连,其面电阻非常低,具有典型的低电压驱动特性。当输入电压为1.5 V,在3 cm远处产生的声压级达60.7 dB,在便携式声源器件领域具有应用前景。（3）石墨烯-溶液动态双电层用于能量收集:水蕴含着巨大能量,发展不同于传统电磁能量转换的新原理器件对水能收集极为关键。我们利用石墨烯-溶液界面相互作用,在石墨烯-溶液-石墨烯体系,通过机械改变界面双电层获得电能。并结合分子动力学模拟和电容-电路模型分析,揭示了该电能产生的物理机制。它主要来源于界面溶液离子迁移,导致相对体相溶液具有电势差。实验上我们系统研究了该电势差与石墨烯之间距离、运动速度、溶液浓度及离子种类的关系。实现了1 V的开路电压,为石墨烯用于水能捕获提供了新的可能。（4）异质功能化石墨烯膜离子电流整流:离子作为类电子载流子,在生物微纳通道的信息传递及处理过程中扮演着重要角色。我们基于氧化石墨烯体系具有大量纳米通道特点,构建了表面电荷异质的氧化石墨烯薄膜。该薄膜由一层表面带负电的氧化石墨烯膜和一层表面带正电的PEI接枝氧化石墨烯膜构成。离子输运测试表明,异质氧化石墨烯膜具有良好的离子电流整流能力,且其整流因子与溶液浓度以及膜表面电荷密度的密切相关。在一定条件下,我们获得了高达108的整流因子。分子动力学模拟结果表明,离子电流整流的微观机理主要源于不同电场方向下,离子在异质结界面处的聚集和耗尽作用。异质氧化石墨烯薄膜的制备,展示了氧化石墨烯在离子输运控制上的优良特性,拓展了它在离子二极管方面的潜在应用。（5）TiSe₂/NbSe₂范德华异质结器件低温电输运性质:许多超导体中超导序的出现与电荷密度波密切相关。为研究超导与电荷密度波相互作用,我们设计构造了TiSe₂/NbSe₂异质结器件,详细研究了它的低温电输运特性。电阻-温度曲线和磁电阻结果显示,在NbSe₂进入超导态后,异质结电阻随NbSe₂超导序变化而变化。通过对微分电导的测试分析,我们推断TiSe₂受NbSe₂近邻效应作用产生了超导序,并且该超导序不均匀分布在CDW态中。