石墨烯独特的二维蜂窝状晶格结构造就了其优异的电学、光学和热学特性,在高频电路、超快光电探测和热电子辐射等方面均有重要的应用前景。近年来,纳米尺度的热辐射特性特别是二维材料的热输运性质吸引了很多科学家的研究兴趣。石墨烯具有超高的电流承受能力、极好的导热系数和极低的热容等独特性质,是一个研究微纳尺度热辐射效应的理想平台。论文中,我们通过构建蝴蝶结颈缩结构和位于不同衬底上的石墨烯器件,研究了石墨烯在电场偏置下的热电子辐射特性,主要研究内容与结论如下:1、获得了电场偏置作用下石墨烯器件沟道中温度分布的高分辨率成像,发现硅基石墨烯器件中的焦耳热大部分通过SiO2基底和与金属电极接触处耗散。由于氧化作用,普通的裸露于空气中的硅基石墨烯器件在失效前,最中心的温度能达到500K左右。通过设计局部颈缩的蝴蝶结结构可有效增强石墨烯中的焦耳热效应,形成器件最中心的局部“热点”,从而提高晶格温度。实验研究发现,中心局域1.5μm和1.0μm的石墨烯器件中心最高温度分别能达到900K和1300K。2、设计研制了六方氮化硼上下包覆的石墨烯蝴蝶结颈缩结构热电子辐射器件,隔离了空气对石墨烯的氧化作用,可使石墨烯器件在较小的外加偏压、电流密度和电功率密度下发出明亮的可见光。与之前学者们研究的无颈缩结构的普通h BN包覆的石墨烯器件相比较(400k W·cm-2),发出可见光的电功率密度小了5倍。随着外加偏压的增加,光谱强度也随之增强。研究了h BN/空气、SiO2/Si界面形成的光子微腔对辐射光谱的调控作用,辐射光谱能通过外加偏压进行有效的调控,在较高偏压下至可见光范围。3、采用CVD生长制备的石墨烯,利用原子层沉积法制备Al2O3薄膜透明隔离层,研制了4x4的石墨烯阵列发光器件,4列器件具有不同的颈缩结构尺寸,实测发光强度与石墨烯局部结构颈缩尺寸密切相关。这种新方法为实现大规模的石墨烯阵列辐射源的研制生产提供了一条有效的途径。4、模拟计算了SiO2基底上、hBN包覆和表面覆盖Al2O3这3类石墨烯器件中的温度分布,发现模拟计算结果与实验数据基本一致。5、实验研究了硅基石墨烯场效应管的光激发掺杂效应,发现其在室温下从可见光（450nm）到近红外波段（1064 nm）均具有非常高的光电响应度,分别为500 A/W和4 A/W。研究表明是Si/SiO2基底对光吸收的photogating效应,电场的形成主要是因为在Si/SiO2界面处能带的弯曲使得Si中光诱导的电子空穴对快速分离所导致的。光电流与激光功率呈现的是一种非线性关系,在激光功率较低时,随着激光功率的增加,光电流迅速增加,当激光功率增加到一定程度时,光电流不再增加,而是趋于饱和。