石墨烯是一种单原子层厚度的新型碳材料,是碳原子以sp2杂化形成的二维蜂窝状薄膜材料,厚度仅有0.3554nm。石墨烯因为具有优异的光、电学性能而被学者们争相研究。激光的高能特性可以制备出性能优异的石墨烯,并且由于激光无污染,操作简单等独特的优势,引起越来越多的学者的关注。目前的研究大多集中在激光在化学气相沉积法(CVD)中的应用,对制备环境要求较高,工艺复杂,实现工业化生产成本较高,因此,有必要探讨高效经济的大规模制备石墨烯的新途径。本文研究了纳秒脉冲激光冲击水中石墨固体靶材制备石墨烯的新技术,创造性地在石墨靶材两端设置两个铜箔电极,形成水平方向的电场,利用电场力驱动激光冲击等离子体运动并沉积在铜箔表面,研究了不同的激光能量和不同的沉积时间对制备效率和质量的影响,并且对石墨烯的转移进行了进一步的研究,主要取得了以下创新性研究成果:(1)分析了纳秒脉冲激光的作用下石墨烯的生成机理,石墨晶体在极短的时间内吸收大量的激光能量,并且受到周围水介质的限制,热量无法迅速传输,在石墨表面形成高温高压的等离子体区,从而诱导石墨转变为石墨烯。转变过程主要可归纳为两个阶段:第一阶段为升温升压过程,石墨表层碳原子之间的共价键断裂成自由碳原子;第二阶段为降温降压过程,碳原子之间通过sp2杂化形成石墨烯。(2)探索了不同激光能量和沉积时间对制备的石墨烯质量的影响,激光功率密度为1.27x109W/cm2时,仅有极少量的石墨烯沉积在铜箔上,大部分为无定形碳;激光功率密度为2.55x109W/cm2时,随着沉积时间的增加,石墨烯的产生效率也明显提高;激光功率密度达到5.10x109W/cm2时,沉积15min发现得到的石墨烯面积较大,几乎遍布整个铜箔表面,层数比较均匀,效率达到40cm2/h,继续增加沉积时间会使石墨烯层数增加,褶皱等缺陷也会增加。(3)研究改进了石墨烯高质量转移技术,通过改进RCA清洗技术,将SC-1和SC-2溶液稀释到20:1:1对硅片进行清洗去除大的颗粒物和有机物,再采用激光空化产生脉动空泡,空泡的脉动运动产生等离子冲击波和微射流可以去除硅片表面的微纳米颗粒,使硅片的亲水性得到极大的改善,从而提高了石墨烯的转移质量。