碳纳米管(CNTs)和石墨烯分别是性能优良的一维和二维碳材料,它们体现出了一维和二维的各向异性。选择合适的方法制备出石墨烯/碳纳米管复合薄膜,它们之间可以产生一种协同效应,使其相应的物理化学性能得到增强。目前,制备石墨烯/碳纳米管复合薄膜的主要方法有涂膜法、化学气相沉积(CVD)法、电泳沉积法、真空抽滤法等。考虑到本研究主要应用方向为透明导电薄膜和激光锁模,这就要求制备的薄膜必须具备高透光性和高导电性等特征。而在上述方法中,CVD法制得的石墨烯薄膜具有面积大、完整连续性好、层数少且可控、透光性好等优点。但仍存在一些问题:CVD法获得的石墨烯会有大量的晶界缺陷存在,且转移过程易碎裂。本论文创新性提出了在CVD法制备的石墨烯薄膜上复合一层碳纳米管,强化石墨烯的机械性能且提高其导电性,得到自支撑的高透光性、高导电性的纯碳复合薄膜。研究内容主要包括:1)采用常压CVD法制备石墨烯薄膜,通过对实验过程中工艺参数的控制,得到不同层数、不同导电性和透光性的石墨烯薄膜。2)研究和比较碳纳米管在不同溶剂中的分散效果,同时比较这些溶剂对石墨烯薄膜的润湿性,得到碳纳米管的最佳分散剂;研究碳纳米管分散液与石墨烯薄膜的复合方法,确定石墨烯/碳纳米管复合薄膜的最佳制备方法及工艺。3)采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)对所制备的石墨烯/碳纳米管复合薄膜进行形貌和结构表征。采用Z扫描技术测量了薄膜的非线性光学性能,利用紫外-可见光谱仪和四探针测试仪表征了不同碳纳米管浓度下复合薄膜的透光率及其薄层电阻。测定了不同层数的三明治结构的(石墨烯/CNTs)n复合薄膜的透光率和薄层电阻,并采用纳米压痕技术对石墨烯薄膜及复合薄膜的力学性能进行了研究。研究不同辐照剂量的γ射线对石墨烯/碳纳米管复合薄膜结构和性能的影响,并分析其作用机理。通过对上述内容的研究和分析,本文主要得出了以下结论:1)采用经过盐酸预处理的Cu箔为基底,通过常压CVD法获得了大面积、结构完整且质量良好的石墨烯薄膜。通过调节通入碳源的流量和时间,可以控制石墨烯薄膜的层数和性能。2)邻二氯苯对碳纳米管的分散及石墨烯薄膜的润湿效果最佳;滴涂法制得的复合薄膜均匀性更好,碳纳米管在石墨烯薄膜上的面密度更可控。3)随着碳纳米管浓度的增加,复合薄膜的透光性减小、导电性增加。三明治结构的(石墨烯/CNTs)n复合薄膜导电性很好,随着层数的增加,复合薄膜的透光率线性降低、薄层电阻急剧减小。采用Z扫描技术测量发现,石墨烯薄膜及复合薄膜均具有很强的三阶非线性吸收,非线性吸收系数β分别为-7.08×10-4cm/W和-1.94×10-4cm/W。采用纳米压痕技术定性分析,石墨烯/碳纳米管复合薄膜的机械强度大于石墨烯薄膜,且随着层数的增加,三明治结构的复合薄膜的机械强度增大。在γ射线的辐照作用下,碳纳米管之间相互焊接、横向连接,在石墨烯薄膜上形成网络交联结构。石墨烯/碳纳米管复合薄膜的薄层电阻变化率随着辐照剂量的增加先增大后减小。