石墨烯是一种在众多领域都有巨大应用潜力的新型二维材料,自从2004年被发现以来,就受到人们深入而广泛的研究,包括在光电子学、材料学以及微生物学等领域都有丰硕的研究成果,这主要得益于它独特的性能。目前制约石墨烯发展的一个重要问题是如何把用化学气相沉积(CVD)法制备的石墨烯转移到目标衬底上而最大程度地降低对石墨烯的损坏。传统的腐蚀基底法成本高、对环境污染大并且会给石墨烯带来不可避免的缺陷,而与之相对应的电化学鼓泡法虽然解决了金属不被腐蚀的缺点,但转移后的石墨烯完整性却比腐蚀基底法差,主要是目前对电化学鼓泡法转移石墨烯的微观机制还不清楚。本论文在前人的基础上,用CVD法在金属Pt上制备了大面积的石墨烯,并用优化了的电化学鼓泡法进行转移,转移后的石墨烯质量有了极大的提高,随后分析了质量改善的原因并首次提出了鼓泡法转移石墨烯的内在微观机制。具体内容如下:1.优化了CVD生长石墨烯的生长温度、降温速率以及气体流量比等条件,用CVD法生长了大面积的单层石墨烯。2.根据前期的猜想,设计了用聚四氟乙烯(PTFE)薄膜作为隔绝水和H~+离子透过PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的阻挡层的实验方案,对和只用PET框作石墨烯的上层支撑层(未做隔绝处理)的实验方案进行对比,发现用聚四氟乙烯薄膜的样品转移的石墨烯质量明显更好。3.分析了用聚四氟乙烯薄膜的样品转移的石墨烯出现撕裂痕迹的原因,即聚四氟乙烯薄膜(生料带)本身在一个特定方向容易撕裂。为进一步减小阻挡层对石墨烯带来的应力影响,创新性地设计了用密闭空腔来隔绝水和H~+离子。实验结果表明转移的石墨烯质量非常高。4.根据上述的实验结果,系统分析了水和H~+离子透过PMMA对转移过程的影响,首次提出了电化学鼓泡法转移石墨烯的微观机制,即未做隔绝处理时,水和H~+离子透过PMMA后,会在石墨烯/PMMA的界面产生H2气泡,并且水和H~+会部分的进一步透过石墨烯,在石墨烯/Pt界面也产生H2气泡。这个过程发生在四周气泡进入样品中央之前,所以两面都悬空的石墨烯必然会断裂进而发生破洞和褶皱现象。通过对比做了隔绝处理与未做隔绝处理的样品中央转移过程中是否出现了H2气泡,进一步证明了观点的正确性。5.对用密闭空腔处理的样品转移的石墨烯进行了扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱以及载流子迁移率检测,证明转移后的石墨烯具有很高的质量。6.作为石墨烯的应用部分,简介了一种可控制备基于垂直石墨烯的纳米机电系统(NEMS)的工艺方法,并介绍了其在微生物培养方面的应用。