石墨烯是碳原子以sp2成键构成的六角蜂窝状的单原子层二维层状材料。不同于其他碳的同素异形体，石墨烯具有优异的机械强度、载流子迁移率、导电性以及透明度，有望成为下一代高频电子学器件，柔性透明导电薄膜等实际应用的明星材料。目前，人们利用化学气相沉积(CVD)等方法在大规模、大畴区的、层数均匀的石墨烯制备研究上取得了令人瞩目的成就。但是拓展新的生长基底、对于生长过程进行更加有效的控制，以及对于生长结果进行精确的原子尺度的表征和分析，是进一步提高石墨烯的晶体质量和迁移率，满足其在各个领域应用的关键问题。　　在石墨烯的制备研究倍受关注的同时，石墨烯的能带调控（从半金属到半导体的转变）也是一个重要的研究方向，将石墨烯和其结构类似物氮化硼进行杂化是调控石墨烯能带结构的一种有效方法。然而，人们对于这种新的二维材料——石墨烯-氮化硼杂化材料的研究刚刚开始。如何实现大规模、畴区尺寸可控和可识别、面内和层间结构确定、高质量的杂化材料制备和精确表征是相关研究的前沿课题。　　本论文以对石墨烯制备的深入理解与体系拓展为研究目的，在多晶金属基底（铜箔、铂箔、镍膜）以及单晶碳化硅基底上实现了石墨烯的可控生长，并利用高分辨扫描隧道显微镜(STM)对于生长结果进行了精确分析，第一次从微观原子尺度上认识了不同基底形态与晶面组成对石墨烯生长和微观形貌的影响。在此基础上，采用新型固体碳源苯甲酸，利用温度控制的化学开关反应成功的设计出了一种新的石墨烯-氮化硼杂化材料制备方法，实现了材料的可控、高效和高质量制备。　　论文的主要内容包含以下三个方面:　　(1)本论文利用化学气相沉积(CVD)技术，在常见的多晶和金属箔材金属基底上进行了石墨烯的生长和微观形貌的精确表征研究。区别于常规的材料表征分析手段，主要采用超高真空扫猫隧道显微镜(U HV-STM)从微观尺度上着重研究了石墨烯各类缺陷的形成原因、晶化与非晶化区域对石墨烯生长的影响、同种金属多晶与单晶形态对于石墨烯层数、堆垛形式和均匀性的影响。这些结果对于石墨烯生长机制的深入理解，为石墨烯的制备方法发展和优化提供了重要的实验依据。　　(2)本论文通过对CVD过程中前驱体、化学反应和生长温度的有效设计和调控，在铜箔上实现了石墨烯与氮化硼层内或层间杂化结构的选择性制备。该生长方法的特色在于，我们开发了新的固体碳源——苯甲酸，它在加热的时候会分解出二氧化碳，在温度高于900℃时二氧化碳会刻蚀氮化硼，同时分解出的碳碎片可以缝补在氮化硼畴区边缘生长出石墨烯，得到层内杂化结构;而当温度低于900℃时氮化硼不能被刻蚀，石墨烯仅在氮化硼层上外延生长，得到层间杂化结构。为了进一步提高石墨烯与氮化硼层间杂化材料的畴区尺寸和晶体质量，我们利用高分子作为成核中心，定点可控地实现了氮化硼-石墨烯层间杂化材料结构;同时利用UHV-STM和透射电子显微镜(TEM)，证实了石墨烯与氮化硼的层间堆垛的晶格取向一致，从而证明了氮化硼上的石墨烯生长遵从严格的范德华外延生长的机理。　　(3)本论文在碳化硅外延石墨烯体系中实现了过渡金属锰的插层行为和其微观形貌和能带结构的精确表征。外延石墨烯和碳化硅基底之间存在一个富碳的半导体性界面层，对于石墨烯的本征能带结构和性质会产生影响，同时对于这个界面层的结构和电子学特性仍然存在很多亟待澄清的问题。我们采用低熔点的过渡族金属锰作为探针，先室温蒸镀，然后逐步升温，实现对单层石墨烯和界面层，以及界面层和基底之间进行插层。通过UHV-STM对插层过程与结果的精确分析，证实了锰以原子单层的形式插层于单层石墨烯与界面层，以及界面层和碳化硅基底之间，侧面揭示了碳化硅外延石墨烯的真实结构，同时利用角分辨光电子能谱(ARPES)研究了锰插层对于石墨烯能带结构的影响。