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石墨烯是一种典型具有二维晶体结构特性的碳同素异形体。它的碳原子通过sp2杂化轨道和π键紧密而规则地组成了一种只有一个原子层厚度的六角形蜂巢状晶格结构。这种特殊的晶格结构赋予了石墨烯优异的力学、热学、电学等性能。因此,石墨烯引起了工业界极大的关注。然而,在石墨烯的工业应用过程中,还有一个问题亟需解决,即:高质量石墨烯的低成本量产问题。现阶段的常规石墨烯制备方法,如:机械剥离、氧化还原、液相剥离、化学气相沉积（CVD）等,都不能同时满足石墨烯的高质量、低成本的要求。而一些新兴的制备方法,如:焦耳闪蒸法、气泡化学气相沉积法（B-CVD）也各自存在一些问题。为解决高质量石墨烯的低成本量产这一问题,本论文对B-CVD法进行了进一步的研究,利用更加高效的熔融镍基合金和成本更加低廉的熔融盐作为催化剂,实现由低成本甲烷到高质量石墨烯的高效转换,进一步提高B-CVD法的效率并降低成本。本论文的主要研究内容及成果如下:1.在B-CVD法中,提出使用镍基熔融合金作为催化剂,高效催化甲烷裂解和石墨烯生长。在实验中,利用200 ml的熔融合金,在1300℃的生长温度下,石墨烯的产量可以达到0.49 g/h,甲烷的转换效率可达77.05%。相较于报道过的铜催化剂,该催化剂可在更低的生长温度下,达到更高的转化效率。同时,制备得到的石墨烯也具有很高的质量。石墨烯的厚度也可由生长条件控制,为7.4层到24.2层。对于镍基合金中气泡内石墨烯的生长机制也做了深入研究,并得到了石墨烯在气泡表面等温析出生长的结论。2.在B-CVD法中,进一步提出使用高沸点的熔融盐（CaCl2）作为催化剂。在熔融盐中也实现了高品质石墨烯制备。相同条件下,石墨烯产量和甲烷的转换效率较使用镍基合金生长的结果要低,表明熔融盐催化甲烷裂解的效率较镍基合金低,然而,得到的石墨烯质量却更好。同时,由于使用的CaCl2极易溶于水,因此此类石墨烯表面的杂质非常容易清除,这就大大降低了石墨烯的后处理成本,并使该方法更加的环保。同样,对于熔融盐中气泡内石墨烯的生长机制也做了深入研究,与在镍基合金中不同的是,在熔融盐中,高温裂解得到的碳原子直接在气泡表面组装为石墨烯,而不会进入到熔融盐中,再等温析出。3.制得的石墨烯有良好的质量和褶皱表面,使其可被用于不同领域。高度褶皱的表面赋予了石墨烯大的表面积,再加上高质量石墨烯的疏水亲油的特性,使制备得到的石墨烯对油和有机溶剂有良好的吸附能力。结果显示,石墨烯的吸附能力可达65160 g/g,并且可以反复使用。此外,将石墨烯应用于复合材料领域,通过与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合,得到了石墨烯/PDMS复合材料。实验结果显示,当复合材料中石墨烯含量为7 wt%时,此复合材料仍保持了良好的机械特性。对于0.4 mm厚的复合材料,在X波段（8 GHz-12 GHz）的电磁屏蔽效能（electromagnetic interference shielding effectiveness,EMI SE）可达36 dB。4.本文以三维网络结构的镍纤维为模板制备了一种高电导率的三维石墨烯网络结构。该三维网络结构拥有良好的稳定性和较高的电导率。通过与PDMS复合,得到石墨烯/PDMS复合材料。该复合材料柔韧性好,电导率为6100 S/m。当复合材料厚度为0.75 mm,石墨烯的填充量低至1.2 wt%时,在X波段的EMI SE高达90 dB,当复合材料的厚度降至0.25 mm时,EMI SE仍然高达40 dB。复合材料除了具有优异的电磁屏蔽效能以外,与纯PDMS相比,其机械性能也有显著的提高。