近年来，电子产业对更小，更快，更轻，更便宜和更灵活的设备的市场需求不断增长。自2004年首次发现石墨烯以来，石墨烯因其独特的形态，以及优异的物理、化学、机械和光学性能，引起了科学界的广泛兴趣。石墨烯具有结构稳定、导电性高、韧度高、强度高、比表面积极大等突出的物理化学性质。这不仅为基础科学研究，而且为电子产业提供了一个新的材料平台。以可靠的和成本低的方式生产高质量的石墨烯已变得至关重要。然而传统的固相、液相剥离法等石墨烯制备方法往往只能获得微米级尺寸的高品质石墨烯，且制备成本高昂，难以大规模工业量产。此外，制造基于石墨烯的功能器件通常需要在介电表面上沉积石墨烯，例如二氧化硅等，传统的化学气相沉积法需要在石墨烯生长后进行金属催化剂蚀刻和石墨烯转移工艺。这个步骤将不可避免地造成石墨烯晶体结构的位错、破损，或是引入化学缺陷，大大影响石墨烯的质量。因此，需要探索一种步骤少、成本低的石墨烯制备方法，以实现均匀高质量石墨烯，在介电基底上的直接生长而无需后转移。本论文主要通过以下三个方面介绍相关的工作和研究成果。
　　(1)使用固体碳源并五苯和金属镍作为反应前驱体，利用固相真空热处理法实现了在SiO2/Si基底上石墨烯的单步生长。拉曼光谱显示产物具有石墨烯的三个拉曼特征峰，证实了产物为大于三层的多层石墨烯。结合拉曼光谱分析，优化了并五苯和镍层的厚度，使用低于5纳米厚度的并五苯和高于40纳米厚度的镍可以得到较高质量的石墨烯。通过改变热处理过程的温度进行对照实验，证明了石墨烯可在1000℃以上生成。
　　(2)考虑到固体碳源熔点较低，热处理过程中可能先行蒸发的问题，本文开发了封闭区域热处理的方法，即将生长有反应前体的SiO2/Si基底倒置放于退火炉中热处理。这种方法保护了并五苯层，使其在加热过程中充分溶解到镍中形成Ni3C。拉曼光谱结果显示封闭区域热处理得到了单层至双层缺陷较少的石墨烯，本文从前驱体厚度、热处理温度和时间、反应时气体氛围、催化金属种类等多个方面优化了石墨烯的质量。同时实现了石墨烯在云母、石英等多种介电基底上的均匀生长。
　　(3)通过相干反斯托克斯拉曼散射光谱表征进一步证实了制备产物为石墨烯。使用紫外光分度计、半导体分析仪、扫描电子显微镜等设备表征了石墨烯的透光率、电学性能以及表面形态。实验结果表明以封闭区域热处理制备的石墨烯表面仅有少量金属残留，具有更平整的表面。本文还实现了石墨烯的图案化生长，石墨烯基异质结的制备以及抗腐蚀性测试。本论文提供的石墨烯制备方法可以实现单步免转移制备高质量的大面积图案化石墨烯，有望为石墨烯及石墨烯基二维材料器件的应用提供有效技术手段。