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石墨烯是碳原子组成的二维六角型呈蜂巢状的单原子层晶体,拥有优异的光电性能、机械性能、高的比表面积、较好的化学稳定性和独特的平面结构等诸多优异性能,这使其可以作为一个理想的载体承载各类无机化合物,非常适合高性能石墨烯基无机纳米复合材料的开发,为石墨烯迈向实际应用开辟一个重要方向。目前,石墨烯已经与多种无机纳米材料,如金属（Au,Ag,Cu,Pt,Pd）、半导体材料（TiO2,SnO2,MnO2,ZnO,ZnS,CdS,Cd Se）、拓扑绝缘体（Bi2Se3,Bi2Te3,Sb2Te3）复合成石墨烯基无机纳米复合材料,并在多个领域展现巨大的应用价值。在各种无机半导体材料中,宽禁带直接带隙半导体ZnO纳米材料不仅具有独特的催化、电学、光电学、光化学等性质,而且容易垂直生长,成为石墨烯基复合纳米结构研究中的首选材料。垂直一维ZnO纳米阵列生长在二维石墨烯上,为构建复合三维结构在各种电子和光电器件方面的应用打开一个新的路径。另外,为了进一步开发石墨烯基复合材料的应用,石墨烯基拓扑绝缘体复合材料吸引越来越多人的兴趣。石墨烯和拓扑绝缘体都是狄拉克材料,以石墨烯和拓扑绝缘体为代表的狄拉克材料作为饱和吸收体具有损伤阈值高、调制深度大、波长可调谐范围宽和恢复时间短等优点,同时也存在晶格失配大、容易氧化、尺寸小、层数不可控以及转移过程易造成损伤等问题。把两者组成复合材料可克服二者单独作为饱和吸收体所存在的不足,进而改善光学吸收特性。本文先用化学气相沉积（CVD）法在Cu箔上获得单层或三层的大面积石墨烯薄膜,利用化学气相沉积法实现在石英光纤拉锥区直接生长石墨烯。以石墨烯为基础,进一步采用化学气相沉积法通过把无机纳米结构（ZnO,Bi2Se3）直接生长在石墨烯上成功获得石墨烯基无机纳米复合材料。主要工作如下:1.通过化学气相沉积法,借助在Si衬底上Au预沉积层的辅助,成功合成具有规则取向且具有较好光学特性的Graphene-ZnO纳米棒复合结构。对比分析了graphene层和Au层的单个效应和复合效应。结果显示在单独Au催化或单独graphene层的辅助下,只能获得自由取向的ZnO纳米棒或纳米线,发光谱出现较宽的绿色发光带。在Au-graphene复合层的辅助下即在graphene层和Au层的共同辅助下,得到规则取向的ZnO纳米棒,且具有较高的紫外发光峰。通过分析证明Au-graphene复合层为合成规则取向的ZnO纳米棒提供了有力的成核位置。在Au-graphene复合层中,graphene层为ZnO纳米棒的有序生长起了重要作用,Au层能限制石墨烯氧化并催化合成棒状ZnO纳米结构。2.研究用化学气相沉积法合成Graphene-ZnO复合纳米结构过程中如何限制石墨烯氧化的问题。在用CVD方法制备ZnO纳米结构的过程中,用ZnO和C粉作为源,石墨烯容易氧化。在混合粉末中增加Zn粉作为源材料能在石墨烯的表面形成Zn预沉积层,结果表明Zn预沉积层的形成能有效限制石墨烯的氧化。通过改变生长时间（从15 min增加到45 min）研究复合纳米结构的生长机制和形貌变化,结果表明Zn原子扩散进入石墨烯层形成Zn-graphene聚集层,为ZnO生长提供有利的成核位置。3.利用化学气相沉积法在Se籽晶层的辅助下成功合成Graphene-Bi2Se3纳米片复合材料。为了对比Se籽晶层和graphene层的单个和共同作用,在不同衬底上（SiO2,Se/SiO2,Graphene/SiO2和Se/Graphene/SiO2）合成Bi2Se3薄膜。测试结果表明,预沉积Se层为Bi2Se3纳米结构的合成提供了有效的成核层,缓解了Bi2Se3和衬底的晶格失配。在石墨烯表面的Se籽晶层能有效地饱和石墨烯表面的悬挂键,同时证明Se籽晶层不仅能驱使Bi2Se3纳米片沿水平方向生长,而且能补足足够的Se原子,避免Se空位的产生。另外证明Se籽晶层能有效避免Bi2Se3和graphene的相互作用。在不同大小和密度的预沉积Se层上沉积Bi2Se3纳米片,证明不同尺寸Se沉积层能控制Bi2Se3纳米片的密度。另外把Graphnene-Bi2Se3纳米片复合材料应用到固态激光器中,实现了稳定的调Q输出。4.利用化学气相沉积法先在光纤锥形区借助Cu蒸汽的作用合成石墨烯,再在光纤锥形区合成Graphene-Bi2Se3纳米片复合材料。比较了在纯光纤锥形区和沉积石墨烯的光纤锥形区合成Bi2Se3薄膜的形貌和结构,同时为了寻找最佳的生长条件,光纤锥形区和沉积石墨烯的光纤锥形区分别放在距源不同位置生长Bi2Se3,结果发现当衬底和源的距离为5.5 cm时,合成的Bi2Se3的质量最佳。直接在光纤锥形区沉积的Bi2Se3纳米片呈斜立状,有了石墨烯的辅助,在沉积石墨烯的光纤锥形区沉积的Bi2Se3纳米片紧紧包覆在光纤上。另外把复合材料作为饱和吸收体应用到光纤激光器得到稳定的锁模输出。另外,在光纤锥形区上成功合成Graphene-Bi2Te3纳米片复合材料,当衬底和源的距离为13 cm时,合成的Bi2Te3的质量最佳。