直流电弧等离子体法作为一种制备高纯度石墨烯的有效方法,具有操作安全简易、环境友好和制备效率高等优点,且可以通过改变实验条件对石墨烯的尺寸与层数进行控制。但石墨烯的生长机理不同于碳纳米管,其制备过程无需催化剂,无法从催化剂成核的角度来解释其生长机理。另一方面,电弧等离子体具有高温特性和复杂的电磁相互作用,导致关于等离子体性质的研究难度较大,这也是电弧法制备石墨烯的生长机理尚未得到定论的原因。针对以上问题,本文将直流电弧等离子体法制备石墨烯的实验与等离子体数值模拟相结合,从等离子体性质的角度出发,探究了等离子体作用下的石墨烯生长模型和不同实验参数对其生长过程的影响。首先,采用电弧法在不同电流和缓冲气体压力的条件下制备石墨烯,测试结果表明电流和压力的增大均导致石墨烯的平均尺寸与层数的增加。随后,通过COMSOL Multiphysics软件求解磁流体动力学方程组和碳蒸气质量守恒方程,得到了电流密度、温度、速度、碳质量分数和碳簇数密度等分布。结果表明,在大电流条件下,相同位置的电流密度、温度和速度更大,且阳极表面温度的提高增强了阳极的蒸发过程,对应着更大的蒸发质量通量和碳质量分数。在150、200和250 A的电流条件下,阳极表面温度分别为3999.4、4172.6与4267.7 K,阳极蒸发速率分别为70.1、148.9与212.4 m/s,阳极表面的碳质量分数分别为50%、72%和82%。此外,较大的电流和压力条件对应着更高的碳簇数密度。分别以碳纳米颗粒的最高成核温度4900 K和氢气的电离初始温度3000 K作为石墨烯生长的起始温度和终止温度。在石墨烯的生长区间内,上述电流条件下的碳簇数密度初始值分别为1.35×10²³、2.89×10²³和4.11×10²³m^-3;而在80、90和100 k Pa的压力条件下,碳簇数密度的初始值分别为3.31×10²³、3.73×10²³和4.16×10²³ m^-3。最后,基于实验和数值模拟的结果提出了等离子体作用下的石墨烯生长模型,结合均相成核理论解释了实验参数对石墨烯生长过程的影响机理,并给出了其层数的计算方法。石墨烯的生长分为横向生长与纵向堆叠两种过程。较大的电流和压力对应更高的碳纳米颗粒成核温度,增强了石墨烯的横向生长与纵向堆叠过程,导致其平均尺寸与层数的增大。通过电弧法制备石墨烯生长机理的研究,将推进电弧法在石墨烯制备领域的应用,为石墨烯的大规模可控制备提供理论基础。