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石墨烯凭借其优异的性能在众多领域有着极为广泛的应用前景，大尺寸高质量单晶石墨烯材料的制备是石墨烯研究领域的热点。在(110)晶面的锗衬底上通过无缝拼接法可以获得大尺寸晶圆级的高质量单晶石墨烯，也被认为是目前最有潜力获得大尺寸单晶石墨烯的方法之一。此外锗衬底可以与成熟的半导体工艺兼容，也有助于石墨烯材料真正应用于微电子领域。 本篇博士论文利用CVD法在(110)晶面的锗衬底上制备石墨烯，着重从高质量单层石墨烯的可控制备、取向生长物理机制、应力分布以及抗菌应用等方面开展了细致深入的研究。论文主要分为如下几个部分: (1)在高质量单层石墨烯的可控制备方面，我们系统地研究了混合气体总流量、氢气流量、生长温度等多种生长工艺参数对石墨烯形核及生长的影响。研究表明，混合气体流量、氢气流量、生长温度等都对石墨烯的成核及生长有显著的影响，需要调节及优化相关的生长工艺参数来获得高质量的石墨烯。此外，Raman光谱、RHEED等测试表明制备出的石墨烯为质量很高的单层石墨烯。 (2)在锗上石墨烯的应力分布方面，我们通过Raman光谱对石墨烯薄膜在不同的生长阶段及不同尺寸下的应力分布进行了系统的研究。通过矢量分析法发现，在外延的石墨烯薄膜中始终存在由于热失配导致的压应力，而且应力的大小随着生长时间的延长及薄膜尺寸的增大而增加。针对此现象，我们提出应力的变化可能是应力从边缘的释放导致:当石墨烯的尺寸较小，边缘占比较大时，应力释放充分，残留应力较小;而当石墨烯的尺寸较大，边缘占比较小时，应力的释放受到阻碍，残留应力较大。此外，我们提出利用离子注入的方法获得图形化尺寸不一的石墨烯，为后续获得应力可控的石墨烯薄膜奠定了基础。 (3)在锗上石墨烯的取向生长物理机制方面，首先在实验上我们发现在普通的台阶密度较高的表面上生长的石墨烯晶粒总是吸附在台阶边缘，STM不同偏压下的测试结果表明，石墨烯的armchair方向总是与锗衬底表面的[-110]方向一致，这一固定匹配关系使得石墨烯在(110)面的锗衬底上能够取向生长。此外石墨烯晶粒的长轴方向也与二者一致。而在经过了高温退火处理后表面台阶密度显著降低的样品上生长的石墨烯通常位于台面上，并且取向性变差。随后我们通过第一性原理DFT理论分析得到石墨烯择优取向的原因可能是由于在台阶边缘石墨烯与锗形成了强烈的Ge-C键，接着我们从石墨烯与锗的界面形成能上入手，发现只有当石墨烯的armchair方向与锗衬底的[-110]方向相同时，两者之间的晶格最匹配，从而形成能最低，因此最容易形成。 (4)在锗上石墨烯的抗菌应用方面，我们研究了不同石墨烯覆盖度的锗样品的抗菌性和生物相容性。琼脂板实验、Alamar blue染料和荧光染色等抗菌性实验表明覆盖了石墨烯的锗表面可以有效的抑制革兰氏阳性金葡萄球菌以及革兰氏阴性大肠杆菌，尤其是对于金葡萄球菌的效果更好。并且随着石墨烯覆盖度的增加，抗菌性也提高。覆盖石墨烯后的表面不会发生溶血现象，却容易激活血小板使得其黏附增多。此外我们还对锗上石墨烯的抗菌机制进行了分析，发现抗菌性可能是源于石墨烯与细胞膜之间的电荷转移以及石墨烯与磷脂的作用导致的细胞膜受损。