石墨烯是一种由碳原子构成的二维六角蜂窝状晶体结构。由于其独特的能带结构,而具有很优良的电学和光学等物理性质。为了未来更好地使用石墨烯,人们在不断地探索,寻找制备高质量、大面积石墨烯的方法。其中典型的方法包括机械剥离高定向热解石墨法,热解碳化硅法,化学气相沉积法,还原氧化石墨法,脉冲激光沉积法,裂解碳纳米管法等。本论文使用离子注入方法,制备大面积的石墨烯,其优点如下：一、离子注入是一个非平衡的过程,不受固融度等参数的限制；二、掺杂元素的剂量由注入离子的电荷积分控制,精度可控制在2%内的误差水平；三、掺杂元素的深度分布由注入离子的能量控制；四、注入的离子束经过X-Y扫描,在衬底上大面积注入的均匀度误差可控制在2%内；五、在合成石墨烯时,离子注入法是一个物理上的直接掺杂过程,不必像化学气相沉积法一样,分解气体的前驱化合物；六、在大规模集成电路生产中,离子注入已是成熟的工艺,起着不可替代的作用。本论文主要研究用离子注入法制备合成石墨烯,包括如下几个部分,第一部分介绍石墨烯的特点及其研究进展；第二部分主要介绍离子注入技术及将其应用于石墨烯材料的制备方面；第三部分重点展示自己在制备石墨烯上用离子注入法所做的一些列创新性工作。前两部分各自为一章,第三部分分为三章进行阐述。具体内容如下：一、团簇离子注入合成低缺陷石墨烯：对串列加速器的低能注入器进行改造,将引出的碳团簇负离子束扫描之后注入到金属镍膜中,经过退火过程后,成功制备出石墨烯。结合团簇离子束注入的特点——较低的有效能量及非线性的损伤效应,我们用团簇离子束注入制备石墨烯,能够有效地降低石墨烯的缺陷性。二、在绝缘衬底上直接生成石墨烯：用一系列剂量的碳离子注入到镍膜中,优化退火温度和Ni膜厚度,发现在镍膜表面,以及镍膜与衬底Si02之间的界面上均有石墨烯形成。将镍膜表面的石墨烯用氧等离子处理,并用稀盐酸溶液将表面镍膜腐蚀之后,经分析测试观察到在Si02衬底上直接生成了石墨烯。这种直接生长石墨烯的方法,避免了转移过程,提供了一种可以直接在绝缘衬底上有效合成石墨烯的方法。三、较低温度下,在6H-SiC单晶表面外延石墨烯：我们利用离子束注入样品会产生缺陷这一特点,将单原子碳离子、团簇碳离子、氩离子,等一系列离子在常温下注入到6H-SiC单晶表面,在相同的氩气气氛中高温退火,有效降低了碳化硅热解外延生成石墨烯时的碳化温度。