石墨烯(Graphene)是由碳原子sp2杂化形成的六角(又叫做“蜂窝形”(Honeycomb))晶格单原子层晶体,是迄今为止人类所发现的第一种真正意义上的二维材料。由于其独特而优异的物理化学性质,自2004年发现以来,石墨烯在短短数年间已经成为凝聚态物理学、材料科学、化学等领域研究中备受瞩目的“明星材料”,引起了全世界的研究热潮。　　 在石墨烯研究的初期,人们较多的是从基础物理研究的角度出发,关注其作为理想二维体系所具有的特殊电子能带结构及其新奇物性。而随着研究的深入拓展,人们则开始更多地关注石墨烯优异的材料学性质,从而更多的从“材料”的角度来研究石墨烯,关注其在纳米电子学、透明导电薄膜材料、物理化学与生物传感器以及储能材料等众多领域中的巨大应用前景。随着研究重心上的这种转变,石墨烯的可控与大量制备、可控微纳加工以及转移操控等问题日益成为重要而具有挑战性的研究课题。　　 要实现石墨烯作为一种优异的新材料的工业应用,必须首先解决高质量石墨烯的可控与大量生长制备问题。　　 本论文的主要工作是探索并发展了一种新的石墨烯的制备方法:用等离子体加强化学气相沉积(PECVD)方法,将含碳气体(例如CH4)激发成等离子体态,在较低的温度(约525℃)和无需催化剂条件下,将碳原子沉积在不同类型的衬底表面,从而制备出石墨烯。基于此原理,本工作系统研究了石墨烯的生长制备条件的优化,并研究了所制备的石墨烯的各种性质,主要取得了以下的研究结果:　　 第一,在二氧化硅(SiO2),硅(Si),三氧化二铝(Al2O3),蓝宝石(Sapphire),石英(Quartz),玻璃(Glass),云母(Mica)等非晶衬底表面或晶格与石墨烯晶格不匹配的衬底表面,可以生长几十纳米大小、厚度为两三层的、平铺在衬底表面的石墨烯小岛,在较高的覆盖度下,这些石墨烯小岛能在整个衬底表面接合形成连续均匀的石墨烯薄膜。拉曼(Raman)表征、X射线光电子谱(XPS)和扫描隧道显微镜(STM)扫描证实了制备产物为石墨烯。在4英寸玻璃沉底上,4英寸大小的石墨烯薄膜可以成功制备。　　 第二,所制备的石墨烯薄膜的透明导电性能可以达到90%透过率/40KΩ电阻率～75%透过率/2.5KΩ电阻率,证明其可以作为一种透明导电材料应用。同时,在氧化硅衬底表面制备的纳米石墨烯薄膜转移到柔性衬底上以后可以制备成柔性电子器件,在将来的柔性电子学方面有潜在的应用价值。　　 第三,在原子级平整的SiC表面,可以异质外延生长单层的、几十纳米大小的石墨烯小岛,所有小岛取向与SiC表面的晶格取向完全一致;在覆盖度较高的情况下,相邻小岛可以以sp2碳—碳键接合,进而形成均匀、连续、取向一致的石墨烯。延长生长时间,可以可控制备2层或任意层的石墨烯,各层间石墨烯的取向一致,以AB堆垛方式堆垛。所制备的石墨烯可以用一种简易的方法转移到任意沉底上。转以后的单层石墨烯迁移率可以达到377cm2/Vs,表明转移以后的石墨烯质量仍然很好。　　 第四,在高定向石墨(HOPG)表面,可以同质外延石墨烯,也可以用氢气等离子体对表面进行各向异性刻蚀,证明这两方面实际是一个可逆反应的两个反应方向。深入理解了这两个过程,生长与刻蚀的物理本质。