众所周知,当块体材料缩减到纳米尺度时,材料自身的性质（电学、力学、光学、磁学、热学等）就会发生独特的变化,因此低维材料的应用和发展一直是材料学领域的研究热点。石墨烯的发现证实了二维材料能够稳定存在,自此二维材料便得到快速发展,尤其是在电子输运领域;同时随着研究的深入,新型化学合成的薄层材料（如有机半导体薄膜、金属有机骨架化合物等）也逐渐运用到电子器件领域,这为实现器件的功能化发展开辟了新的路径。因此本论文旨在基于二维材料的优异性能,设计并构建功能型器件,并系统性地探索其潜在的应用前景,具体的研究内容如下:1.化学气相沉积法生长的单晶石墨烯的无损转移与器件加工本文利用二维转移平台装置将化学气相沉积法生长在铜箔上的单晶石墨烯进行干法转移,将其转移至氮化硼基底上形成异质结构,之后通过不断摸索转移媒介、转移温度、转移时间等一系列影响因素,从而实现对单晶石墨烯的无损转移。拉曼手段表征能够清晰的证明整个单晶石墨烯被高质量无损的转移出来;随后通过电子束曝光、离子束刻蚀、热蒸镀等一系列实验操作构建异质结器件;之后在低温条件下（2K）测得其载流子迁移率可以达到250000 cm2 V-1 s-1,该数值可以与机械剥离得到的本征石墨烯迁移率相媲美。这也进一步说明相较于传统的转移方法,干法转移的优势在于可以实现原子级洁净的界面,这非常有利于器件性能的研究。基于以上研究,我们成功构建出异质结器件并获得良好的电学性能,为之后实现功能型器件奠定了坚实的基础。2.具有光响应特性的二维有机薄膜的可控制备和光电性能研究本文采用化学合成手段制备出新型的二维薄膜材料,构建出场效应晶体管并深入研究其光电性质。具体方法如下:在Langmuir Blodget（LB）装置中,有机小分子单体2,3,6,7,10,11-六氨基三亚苯自身通过氧化偶联反应聚合形成了有序结构的二维有机薄膜,并结合一系列表征手段,证明该材料是一种具有规则纳米孔结构的大面积二维材料。之后将其转移至Si/SiO2基底上,制备出场效应晶体管器件来研究材料的光电性能。电学性能测试研究表明,从转移曲线可以得知该材料为P型半导体,主要依靠空穴载流子来导电,并且通过公式计算出载流子迁移率为3.2 cm2V-1 s-1;光电响应测试的研究表明,当采用激光（980 nm）照射样品时,该样品表面有光电流产生,计算其光响度可达160 mA cm-2;并且随着激光功率密度的增加其光电流逐渐增加至饱和,且二者呈现出相应的函数关系。由此说明该材料表面存在的缺陷态可以捕获电子使其无法“逃脱”,在外加电压的条件下,空穴可以在材料内部高度有序的共轭结构中传输,从而产生光电流,当缺陷态捕获电子足够多时,光电流即达到饱和。在这部分工作中,利用这种化学方法合成的新型二维材料构建出具有光电响应的功能型器件,这为之后构建各种不同功能化器件提供了新思路。3.基于还原氧化石墨烯膜抗腐蚀器件海水淡化的研究在前两部分的工作基础上,我们又深入探索了基于功能化修饰的碳基材料抗腐蚀器件在海水淡化领域的应用。氧化石墨烯具有化学稳定性强、耐腐蚀、在全波段均有光吸收的特性,这些天然的特性优势使得它在海水淡化方面有着非常广阔的应用前景。在本章节的实验内容中,我们利用化学氧化法制备出高质量的氧化石墨烯,并以此为原料通过水热还原的方式合成还原氧化石墨烯水凝胶,之后再利用冷冻干燥的方式形成气凝胶,并对其表面进行修饰改性,最终形成还原氧化石墨烯-聚吡咯气凝胶。我们采用光场和电场两种外场调控的方式进行海水淡化的研究,通过局部加热的方式,加热海水使蒸汽通过材料的内部孔径通道,之后冷凝成液滴进而达到淡化海水的效果。研究结果表明,在太阳光模拟器的照射下,类似黑体的还原氧化石墨烯-聚吡咯气凝胶表面能够吸收全波段的光,相比于其它材料,在相同条件下其吸光能力最强,单位时间内可达到更高的温度,因此在同一光照下表现出更高的蒸发效率和蒸发速率,其最高蒸发效率可达86.4%,同时脱盐率高达99.3%,且循环数十次测试脱盐率基本没有衰减;在外加电场的情况下,通电使材料产生焦耳热从而实现局部加热海水,结果表明随着电压的增加,其蒸发速率和效率随之提高。