碳有众多同素异形体，其中碳的一维结构材料碳纳米管一直是科研人员的研究焦点，在近二十年来令世人瞩目。近年来，碳材料方面的研究出现了新突破，科学家们成功制备出其二维结构材料—石墨烯，从而使低维碳材料的研究进入一个新的空间。低维碳材料具有独特的物理结构和特殊的电学特性，因而在物理学、化学、电子学和生物学等领域都获得了广泛而深入的研究，应用前景非常广阔。而且低维碳材料的微结构与其应用之间存在着密切的关系。因此本论文的目的是研究低维碳材料—碳纳米管和石墨烯微结构的制备与应用。研究工作分为五章，可以概括如下:　　第一章:简要地介绍了低维碳材料—碳纳米管与石墨烯的化学结构、性能、应用和制备方法，以及低维碳材料的微结构及其制备方法，并阐明了我们的选题思路和研究内容。　　第二章:介绍了基于受控挥发自组装制备碳纳米管阵列图案的方法。利用受控挥发自组装制备规整的聚合物/无机前驱体图案，使用扫描电镜和光学显微镜对图案进行表征;研究了聚合物溶液浓度对图案形成的影响，发现通过调节溶液浓度可以得到多种不同的有序图案;研究了有序图案形成的机理;聚合物/无机前驱体图案经紫外光交联与高温煅烧后得到具有催化活性的无机微图案，采用背散射电子成像(BSE)、X射线能谱(EDX)和光电子能谱(XPS)对其进行表征;以无机微图案为模板，通过化学气相沉积法制备得到与无机微图案相对应的碳纳米管阵列图案，并用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对产物进行充分的表征。　　第三章:介绍了三维多孔石墨烯基复合材料的制备及其电容器性能。利用电化学方法还原氧化石墨烯(GO)溶液制备得到三维多孔石墨烯材料(ERGO);在ERGO多孔结构上原位电沉积第二组分，得到了多种三维多孔石墨烯基复合材料;具体研究了苯胺在ERGO电极上的电化学聚合过程，表明较低的沉积速率是保证第二组分均匀沉积的重要原因;研究了ERGO与聚苯胺的三维多孔复合材料(ERGO/PANI)的电容器性能，其在1.4A/g的充放电速率下比质量电容高达560Fg-1，当充放电速率增大到4.2A/g时，仍能保持502Fg-1的比质量电容;ERGO/PANI的高比质量电容、快速充放电性能和低内阻体现了通过这种方法制备得到的三维多孔石墨烯基复合材料在电化学领域的优势;还研究了ERGO/PANI复合材料中所负载的PANI的量对材料电容器性能的影响。　　第四章介绍了石墨烯/离子液体(ERGO/RTIL)多孔材料在太阳能热电发电器(STEG)中的应用。利用第三章中制备得到的三维多孔石墨烯，通过溶剂交换制备ERGO/RTIL多孔材料，与ERGO/水多孔材料相比，该材料在空气中稳定性高;研究了ERGO/RTIL多孔材料的光热转化性能，在激光照射下，ERGO/RTIL多孔材料的温度快速显著升高，该材料优秀的光热转化性能源于其高吸光率和织状结构;研究了以ERGO/RTIL多孔材料为光吸收体的STEG的性能，较空白STEG有显著提高。　　第五章总结了本论文的主要内容。