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石墨烯纳米带(GNR)作为一种原子级厚度的层状晶体,具备超高的电子迁移率及光学透明性,被认为是用作柔性电子器件中透明电极的理想材料。然而,为获取亚100nm宽度的GNR图形,通常采用低效的微/纳米制造工艺,无法满足大面积柔性电子应用的需求。基于此,本论文提出一种精确可扩展的纳米线光刻(NWL)技术,通过使用平面固-液-固引导生长(IPSLS)的可编程超长硅纳米线阵列作为掩模,结合等离子体刻蚀,可在任意刚性或柔性基板上实现批量可靠地制备具有特定几何形状的超长GNR阵列,宽度可控制在50-150nm。更重要的是,GNR的几何形状可以预先设计并定义成二维(2D)弹簧结构,以实现在超过30%的拉伸度下,仍保持稳定和可重复的电学性能。这种简便的NWL技术有望成为一种通用且有效的策略用以批量制备或集成各种2D材料,用作新兴柔性电子应用的有源通道和互连导线。具体而言,本论文主要研究内容及创新点概括如下:1、以可编程SiNWs为掩模,大面积制备特定形貌的GNR阵列。基于IPSLS纳米线生长技术及NWL刻蚀技术,提出使用形貌可编程的平面自组装SiNWs阵列作为掩模对石墨烯薄膜进行图形化刻蚀,批量、可靠地制备具有特定几何形状的超长GNR阵列。此方法继承了传统NWL刻蚀技术低成本、大面积、纳米级精度定义的优势,同时可通过调控硅纳米线生长形貌,实现任意刚性或柔性基板上GNR的制备与精确形貌定义,为石墨烯的大面积形貌设计提供了有效解决方案。2、优化石墨烯刻蚀参数,进一步缩小GNR宽度,制备GNR场效应晶体管(GNR-FET)。为了获得最佳的器件性能,采用机械剥离法制备单晶石墨烯,并用拉曼表征其品质与厚度。利用反应离子刻蚀(RIE)设备,对不同厚度的石墨烯薄片进行氧等离子体刻蚀,获得了稳定的1～3层石墨烯的刻蚀工艺参数:气流量1Osccm,气压3Pa,上电极功率30W,刻蚀时间10s。在GNR-FET器件制备过程,提出先旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)以填充由于电极高度导致的SiNWs掩模与石墨烯薄片间的间隙,并将刻蚀时间延长至30s以确保PMMA与石墨烯被一同刻蚀,成功制备出GNR-FET并对其进行拉曼与电学性能表征。进一步延长刻蚀时间至60s,统计发现GNR宽度普遍小于对应的SiNWs掩模直径,即存在内切刻蚀效果。据此,本文制备出宽度60nm以下的GNR-FET,获得室温下270的开关比,为制备GNR逻辑开关器件提供了一种可行的思路。3、生长制备可拉伸形貌的SiNWs,改进柔性器件制造工艺,制备2D GNR弹簧。已知将SiNWs或GNR的几何形状设计成弹性形式,可赋予此类具备一定柔性却不可拉伸的刚性材料额外的可拉伸性。由于石墨烯具备光学透明性,柔性透明基板上的GNR在光学显微镜(OM)下无法直接观测,此处首先使用SiNWs进行器件制备与拉伸测试以便探索可靠的柔性器件制备方法。实验发现,采用自行配置的聚二甲基硅氧烷(PDMS)“浇筑”在SiNWs表面制备的柔性器件,在拉伸过程中易发生寸断,而SiNWs在工业制备的成品PDMS薄膜(主胶A与固化剂B质量比35:1,厚度0.15mm,表面光滑平整)上具备很好的可拉伸性。据此,本文采用成品PDMS薄膜作为基底制备2D GNR弹簧,并进行拉伸电学测试,表明其在30%的拉伸度下仍保持良好的电学性质,远超出石墨烯的断裂极限值(1～3%)。通过COMSOL软件有限元分析法对2D GNR弹簧内部应力进行分析,发现相同拉伸度(35%)下,1OOnm宽的GNR内部最大应变仅0.35%,而1μm宽的GNR内部最大应变已超出3%,证实了实现高g因子(g=Rbend/DGNR>50)是获得高度可拉伸GNR器件的关键。