二维材料是指一类仅有一层或少数几层单原子厚度的薄膜材料,往往展现出与其对应的三维块状材料显著不同的物理和化学性质。最近十几年来,二维材料的研究和应用受到了全世界科学家和工程师的广泛关注,其中半导体二硒化钨（WSe₂）和半金属石墨烯就是两个典型的二维材料。多层WSe₂为间接带隙半导体,减薄至单层时成为直接带隙半导体,与其它二维过渡金属硫族化合物（TMDs）相比,WSe₂自旋轨道耦合导致的能带劈裂（约400 me V）更大,也是为数不多的可被调制为n-p双型半导体的材料,在电子学及光电子学领域都是一个有应用前景的材料。目前虽然对单层WSe₂的研究和应用较多,但是由于材料与衬底之间的界面反射效应,用多层WSe₂制备的电子器件通常具有更高的载流子迁移率和更低的接触电阻。因此解决多层WSe₂光致发光（PL）强度较弱的问题,发挥其在光电子学及器件制备方面的优势,对WSe₂的应用具有重大意义。在本论文的多层WSe₂气泡的光学性质研究中,用机械剥离法制备出了多层WSe₂薄膜及气泡,对其进行了原子力显微镜（AFM）、PL光谱、拉曼光谱、二次谐波（SHG）光谱等表征,对比气泡和平坦薄膜区域光学性质的区别,并结合多层WSe₂能带结构计算,深入理解了应变对WSe₂光学性质的影响,并实现了多层WSe₂光致发光的增强。高质量石墨烯超高的载流子迁移率、电导率、热导率、透光性、机械性能等使其在透明导电薄膜、射频晶体管、传感器等方面具有巨大的应用潜力。化学气相沉积（CVD）技术是一种制备大面积高品质石墨烯的有效方法,但是CVD法制备的石墨烯薄膜往往表现为具有高密度晶界的多晶膜,其物理性能在晶界上存在一定程度的降低。因此充分理解CVD石墨烯的生长机理,制备出高质量的大单晶石墨烯及大尺寸晶畴的双层、多层石墨烯薄膜具有重要研究意义。在本论文高质量石墨烯制备课题中,研究了生长基底预处理、基底几何构型和厚度对CVD石墨烯生长的影响,制备出高质量、大尺寸的石墨烯单晶及双层晶畴,对石墨烯在大规模集成电路方面的应用具有重要意义。主要进展如下:1.机械剥离法制备出的多层WSe₂气泡形状符合球冠模型,基于这个模型计算出气泡的平均拉伸应变约为0.2%。该拉伸应变可调节多层WSe₂的能带结构,使K→K跃迁发光强度增加及K→K跃迁带隙减小,实验现象表现为气泡区域A激子PL强度增加和PL峰位置红移。变温PL测试中观察到,随温度升高气泡区域1.4-1.6e V的PL峰强度增加,结合WSe₂的亮暗激子性质,可证明在该PL能量范围内存在暗态和亮态,即1.4-1.6e V的PL峰中存在K→K跃迁（A激子）的发光,与K→K直接跃迁能量接近的另一PL峰则为间接带隙的跃迁。由于光的干涉,气泡上的PL强度分布呈现环状的周期性振荡,使局部区域的PL强度大大增强。气泡区域的PL增强使多层WSe₂薄膜在光电子领域具有应用潜力。2.拉伸应变造成的晶格常数增大还导致了多层WSe₂普通拉曼特征峰和低波数拉曼峰的红移。由于光的干涉,气泡上的拉曼峰强度分布也呈现环状的周期性振荡,但是拉曼测试中为入射激光与反射光的干涉,PL测试中为光致发光与反射光的干涉,因此两者强度的振荡周期不同。另外,由于气泡中的应变较小,没有显著改变材料的中心反演对称性,应变对SHG光谱没有产生较大影响,但是气泡结构中光的干涉使SHG强度分布也呈现环状的周期性振荡。3.在高质量石墨烯的制备研究中,对CVD石墨烯生长的铜基底进行退火、电化学抛光、加热氧化等一系列预处理,显著降低了基底表面的粗糙度和活性位点数量,使石墨烯成核密度大大降低。将预处理后的基底制备成口袋包片的几何构型,营造了口袋内外两种不同的生长环境,口袋内的封闭环境使铜蒸发损失较少,因此口袋内表面相对外表面更平整,成核密度更低。而且口袋内外碳原子浓度差驱动碳原子由口袋内表面向口袋外表面扩散,参与外表面多层石墨烯的生长,随后通过控制基底厚度调控碳原子扩散的能量势垒,在口袋内外表面及内包铜片表面获得不同的生长结果。最终制备出尺寸达2mm的石墨烯单晶及300μm的双层石墨烯,并由拉曼光谱测得几乎无缺陷峰,证明生长的石墨烯具有较高的结晶质量和较高的应用价值。