2004年底英国曼彻斯特大学的A.K.Geim等人将石墨削成碎片,并通过反复撕扯得到了单原子层厚度的二维碳晶体,将其命名为石墨烯(Graphene)。随后的研究者发现石墨烯具有很多奇特的性质,如高载流子迁移率(大于10~4cm~2/V·s)、耐酸碱、物理、化学稳定性、柔性、超强的机械强度、异常的室温下的整数量子霍尔效应等。这些独特的性能使它在杂化材料、透明电极、锂离子电池、超电容器、有机光电池、场效应晶体管和高灵敏度传感器等领域被广泛研究。尤其作为电极材料,石墨烯更是显示了巨大的优势。作为透明电极材料,石墨烯薄膜具有很好的机械强度、透明性、出色的柔韧性和良好的导电性,能代替金属电极和传统的ITO导电玻璃,弥补贵金属电极造价高、透明度差、不能反复弯曲的缺点,同时也不存在ITO电极铟含量稀少、酸碱稳定性差、受离子影响、弯曲时电阻增大等问题。作为半导体材料,石墨烯也显示了电场效应,它具有的高电子迁移率、良好的柔性和稳定性,使其成为制作场效应晶体管等电子器件的首选材料。石墨烯可以克服有机场效应晶体管(OFET)、薄膜晶体管(TFT)器件中有机半导体材料的的缺点,为柔性驱动电路的发展带来革命性变化,具有重大研究意义。在本论文中,我们以石墨烯氧化物作为基础材料,采用光还原技术调控其导电性和能带结构,实现了石墨烯电子器件的制备。利用太阳光、闪光灯和飞秒激光等光源对石墨烯氧化物进行可控还原,借助光还原技术快捷、无污染、兼容性强等优点,成功制备出性能优良的石墨烯场效应晶体管和石墨烯湿敏器件。论文主要成果如下:1、研究了太阳光还原石墨烯氧化物制备柔性场效应晶体管(FET)的过程,并对太阳光还原石墨烯氧化物的机理进行了探讨。利用X射线光电子能谱分析技术(XPS)等手段表征了太阳光还原石墨烯氧化物的还原程度。经过对FET器件性能测试,器件的开关比为111、空穴迁移率为0.17 cm~2/V·s,其性能远高于其它光还原技术制备的基于石墨烯氧化物的FET器件。此外,与其他石墨烯氧化物还原方案相比,太阳光还原方法简单,便捷,高效,并且适用于石墨烯器件的低成本生产。作为一种绿色,无成本,高功率的光源,太阳光是简单易得的,而且由于太阳光是均匀分布的平行光,因此可以保证还原程度的均一性和器件性能的一致性。这些优点使得太阳光还原石墨烯氧化物技术成为大规模制备石墨烯电子器件的可行工艺。2、对飞秒激光直写还原石墨烯氧化物的机理进行了探索。研究了飞秒激光加工技术图案化还原石墨烯氧化物的方法,该方法可在还原石墨烯氧化物的同时对其氧含量进行可控调制。在此基础上实现了石墨烯源漏电极、石墨烯栅电极和石墨烯沟道的加工,成功制备了全碳柔性石墨烯场效应晶体管(FET)器件,率先研究了全碳柔性石墨烯电子器件,并利用XPS等手段表征了飞秒激光直写还原石墨烯氧化物的还原程度。经过FET器件性能测试,器件的开关比为2.04、空穴迁移率为0.27 cm~2/V·s。实验和测试结果验证了飞秒激光图案化可控还原石墨烯氧化物技术可实现石墨烯氧化物器件在制备过程中还原条件与还原程度可控、加工区域可选、器件尺寸可调、图案化灵活可变,为石墨烯在透明和柔性电子产品中更深入和广泛的应用提供理论依据和技术支撑。3、研究了闪光灯还原石墨烯氧化物的机理。利用闪光灯快速、大面积还原石墨烯氧化物的方法制备了高性能湿度传感器。该方法在有效去除石墨烯氧化物含氧官能团的同时可实现多孔微纳结构的生成。测试结果显示,使用闪光处理的还原石墨烯氧化物薄膜作为传感材料制备的湿度传感器具备良好的传感性能,包括湿滞小,快速响应和良好的长期稳定性等。闪光灯还原石墨烯氧化物膜技术具有效率高、技术简单、还原程度可控等优势,在可穿戴电子器件,人机交互和智能机器人中显示了巨大的应用潜力。综上所述,通过对石墨烯氧化物光还原技术的系统研究,掌握了石墨烯点电子器件制备的核心工艺,为石墨烯柔性驱动电路、石墨烯高灵敏传感器的制备提供了技术支撑。