石墨烯是一种力、热、光、电学等物性非常优异的新型二维材料,已掀起国内外的研究热潮。大尺寸平面石墨烯薄膜常采用化学气相沉积（CVD）法,在催化性金属衬底上进行制备,然后,转移到实际应用需要的目标衬底上。转移环节不但会给石墨烯带来污染、缺陷、褶皱甚至撕裂等风险,而且难以实现二维薄膜对三维器件衬底的完全覆盖。若能将石墨烯直接沉积到三维结构的非催化性目标衬底上,则可避免转移环节,解决三维器件中石墨烯应用的难题。但目前,已获得的三维结构石墨烯多为竖直结构的石墨烯墙（GNWs）,结构形式单一,尚难以满足多种应用的需要;尚缺少非催化性三维结构衬底上石墨烯的可控制备技术;非催化性衬底上石墨烯的生长机制尚不明确;对三维结构石墨烯物性的研究也刚刚开始。因此,有必要针对三维结构石墨烯的制备技术、生长机理及物性开展系统、深入的研究。本文采用CVD法,首先在非催化性三维结构石英衬底与柔性PDMS衬底上分别制备了共形石墨烯,研究了共形石墨烯的光学、电学与力学拉伸性能;研究了石墨烯纳米墙（GNWs）在不同衬底上的普适性制备方法及热处理对GNWs光学、电学等物性的影响;最后,制备了GNWs与Cd S纳米复合材料,研究了其光电化学性能。本文得到的主要结果如下:（1）在非催化性三维光栅结构的石英衬底上成功制备了连续的共形石墨烯薄膜,其透光率>80%（550nm）,且多数的方阻<2000W×sq^-1,性能与通过PECVD法制备到平面石英衬底上的薄膜石墨烯(方阻4100W×sq^-1,透光率97.6%（550nm）接近;制备了结构为“PDMS-石墨烯-共形石墨烯-石英”的压力传感器,在0-200Pa的低压范围内,敏感系数可高达^-6.524k Pa^-1,响应时间可低至⁴ms,重复次数可高达5000次。高灵敏、高稳定和快响应特性,使该压力传感器可用于风速的精确测试,性能可与市场上的风速计相媲美。（2）在弹性体PDMS上制备了连续的、柔性共形石墨烯。发现该柔性共形石墨烯不但具有可控的光学、电学等物理性能,同时具有超高的机械柔性,其中,单层的拉伸应变约为²8%,远远大于平面石墨烯的7%;多层的拉伸应变高达⁷7.8%。（3）发现RF-PECVD（射频等离子体增强CVD）法可在多种不同导电类型的衬底上制备出形貌类似、生长速率接近的GNWs,即RF-PECVD法是一种对衬底选择性不强的、普适性的生长GNWs的方法;而WMPECVD（微波等离子体增强CVD）系统制备GNWs时,对衬底的选择性很强,不具有普适制备的特点。即发现不同的等离子体源对GNWs的生长,要求的衬底不同。研究了射频功率和退火温度对RF-PECVD GNWs的光学、电学等物性的影响,发现空气中退火,可有效刻蚀缺陷GNWs中的a-C,从而稳定地增强缺陷GNWs的光学与电学等物性。（4）利用SILAR（连续离子层吸附反应）法成实现了大量的Cd S纳米颗粒在GNWs三维构架上的复合,获得的Cd S-GNWs复合材料的光响应电流密度高达470μA/cm2,为平面石墨烯-Cd S复合材料的几十倍;且Cd S-GNWs复合材料性能稳定,即使在实验室中放置几十天,其响应光电流密度几乎不变。发现Cd S NPs与GNWs之间的有效接触面积,是光响应电流密度的决定性因素。本文揭示了非催化性衬底上石墨烯的生长机制;较深入和系统地研究了石英衬底、弹性体PDMS衬底上的共形石墨烯的透光、导电、机械拉伸等性能;发现了制备GNWs的普适性制备方法;研究了三维石墨烯墙的透光与导电等物性;获得了基于石墨烯的压力传感器、石墨烯墙-Cd S光电化学性能;获得的这些研究结果,为制备高质量三维结构石墨烯及拓宽石墨烯的应用范围,尤其是对于在石墨烯基的光电转换、压力传感、柔性传感等器件的应用,具有重要的科学意义和参考价值。