纳米碳片尤其是单原子层纳米碳片的独特结构导致其具有一些十分优良的性能：双极性超导电流的电场效应、完美的量子隧穿效应、安德森局域化的弱化现象、从不消失的电导率以及半整数霍尔效应，这些性能使得纳米碳片具有非常广阔的应用前景，因此如何有效地制备纳米碳片对于其性能的进一步研究和应用具有重要的意义。本文采用水下电弧放电的方法制备纳米碳片，与传统的制备方法相比较，以石墨电极为原材料，应用水下电弧放电的方法制备碳纳米层，具有设备简单和实验操作方便的优点。本文采用自行设计搭建的水下电弧放电平台，通过改变去离子水温度的大小、电流的高低、放电时间的长短和无水乙醇浓度的高低，制备出了不同条件下的碳纳米层。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等观察手段对碳纳米层进行了结构表征分析。结果表明碳纳米层的生成和形态特征与制备条件有着紧密的关系：适合制备出较为优良的纳米碳片的基底温度区间为20　到50　，乙醇溶液中制备出的纳米碳片较纯水中的更大更多更薄；绝大多数的纳米碳片的厚度小于10个原子层，单个碳片层的平均厚度约为0.3nm；碳纳米层的“褶皱”，自然边界和纳米碳片表层的微观凸起在表征中也被观察到。为了分析探讨在水下电弧放电的方法下制备出的纳米碳片的生长机理，本文建立了水下电弧放电模型，从多学科分析各项制备条件对纳米碳片生长的作用，发现：（1） 水下电弧放电时，两个电极之间因为水的气化形成一个气泡，所有的反应包括等离子的产生和纳米碳片的生长便是在这个气泡中完成的；在阳极合适的区域，等离子中的碳源沉积到该表面，以“并行”生长模式成核并且成长。（2） 介质中存在的其它的成分对纳米碳片的生长也有影响，尤其是　与　，能够与纳米碳片上的非晶态发生反应，防止在纳米碳片上再次成核使其长厚，促使纳米碳片长大；外加电场对纳米碳片的生长也有着十分重要的作用，使得纳米碳片保持二维的片状生长形貌，并且是促使纳米碳片克服随机生长而定向生长的关键因素；温度是影响纳米碳片生长的重要因素，较高的温度既能促进纳米碳片的生长，提高生长速度，也是增加纳米碳片无序性生长的原因。