石墨烯以其优异的物理和化学性能吸引了人们的广泛关注。在众多石墨烯制备方法中,化学气相沉积法被认为是可规模化制备高品质石墨烯的最佳方法。然而,大多数化学气相法生长的石墨烯薄膜含有多畴结构和高的缺陷等问题,其中晶界及缺陷的存在会严重影响石墨烯的物理特性并使得其器件应用受限。因此,制备大尺寸单晶石墨烯是未来石墨烯器件走向应用的重大挑战。本文针对大尺寸单晶石墨烯的可控生长展开了系统研究,主要工作内容如下:1.大尺寸单晶石墨烯的制备。系统研究了石墨烯单晶形貌及尺寸与生长条件的关联关系,通过调节铜箔的形貌,生长气压,可以得到六角形和花瓣状石墨烯晶畴,并进一步通过降低碳源浓度来抑制成核密度,获得了微米级的单晶石墨烯。在此基础上,进一步研究了局域化制备单晶石墨烯的条件,发现构建铜盒子结构可以有效降低铜箔表面的粗糙程度,抑制石墨烯的成核密度,最终获得大小达5mm的单晶石墨烯。2.单晶石墨烯阵列的制备。设计了一种商业化打印辅助气相沉积生长法,通过在铜箔表面打印富有碳粉的点阵列,在气相沉积过程中制备了石墨烯单晶阵列。系统地研究了不同的碳粉类型、碳粉大小、退火前气氛种类以及生长时间对制备石墨烯阵列的影响,发现制备石墨烯单晶阵列的两个必要条件是:生长前碳粉点的存在以及生长过程中的成核密度小于碳粉点间距。在该条件下成功获得了0.5mm尺寸的单晶石墨烯阵列。3.局部供碳法制备大单晶石墨烯。设计了一种局域化供碳制备设备及工艺,系统研究了不同的生长气压,小孔距离铜箔基底的高度、甲烷浓度、生长时间对铜箔表面石墨烯制备的影响。发现局域化碳源供给可以使得石墨烯在特定范围内生长,进一步分析表明石墨烯圆斑是多晶结构。综上所述,本工作系统研究了石墨烯单晶在不同工艺条件下表面形貌,晶畴尺寸和成核密度的变化,成功发展了一种石墨烯单晶阵列,获得了毫米级单晶石墨烯以及亚毫米级单晶石墨烯阵列,该工作对基于石墨烯电子器件的应用有着重要的意义。