石墨烯作为一种单原子层二维材料,由于它具有很多优异的性能,被称为是21世纪最具影响力的材料,未来将在诸多领域有非常重要的应用。碳化硅热分解外延生长石墨烯被认为是最有希望制备大面积石墨烯的方法。然而,缓冲层与碳化硅衬底之间存在大量的共价键连接,从而导致石墨烯的性能受到严重的影响。因此,如何使缓冲层从碳化硅衬底上脱附,转变成独立的石墨烯层成为人们所关注的重要问题之一。最近的实验研究发现,在水和氧气环境中,碳化硅衬底上生长的石墨烯能够大面积的去耦。然而,氢和氧进入缓冲层和碳化硅界面内,并使石墨烯脱附的机制并不十分清楚。因此,本文采用密度泛函的第一性原理方法,从原子尺度上对石墨烯如何从碳化硅衬底上脱附的过程与机制进行了研究。首先,我们对分子在碳化硅表面的分解和扩散行为进行了研究。研究发现氢分子、氧分子、水分子能够在6H-Si C(0001)表面自发地分解。由于碳化硅表面具有很强的催化作用,氨气分子和单分子在一定的温度条件下,能够完全分解成原子吸附在表面。同时,研究还发现,氧原子在碳化硅表面容易扩散,而氢原子和氮原子在碳化硅表面相对难以扩散。其次,我们研究了氢原子进入石墨烯/碳化硅界面的过程与机制。研究发现,氢钝化石墨烯边缘和碳化硅衬底,是石墨烯去耦的关键因素。钝化石墨烯边缘能够弱化石墨烯边缘与碳化硅衬底之间的相互作用,并降低氢原子进入界面的能量势垒。随着氢原子进入界面并饱和界面内硅原子的悬挂键,石墨烯将会从衬底上完全脱附。最后,我们研究了氧原子从石墨烯边缘进入界面并在界面扩散的过程。我们发现氧原子难以打破边缘的共价键,从氧化石墨烯边缘进入到界面内,并且在界面内也难以扩散。在水环境中,石墨烯边缘可能被氢化。氧原子容易从氢化石墨烯边缘进入界面,并且氢原子也容易在界面内扩散,在两者的相互协同作用,使得缓冲层从碳化硅衬底上脱附。