目前，石墨烯材料的制备方法主要有四种：微机械剥离法、外延生长法、氧化石墨还原法和气相沉积法。

2004年英国Manchester大学的Geim和Novoselov等人利用微机械剥离法，也就是用胶带撕石墨^[1]获得了单层石墨烯，并验证了二维晶体的独立存在。他们利用氧等离子束在1mm厚的高定向热解石墨(HOPG)表面刻蚀出20微米见方、深5微米的微槽，并将其用光刻胶压制在SiO₂/Si衬底上，然后用透明胶带反复撕揭，剥离出多余的石墨片。随后将粘有剩余微片的SiO2/Si衬底浸入丙酮溶液中，超声去除样品表面残余的胶和大多数较厚的片层。所得到的厚度小于10nm片层主要依靠范德华力吸附在硅片上。最后通过光学显微镜和原子力显微镜挑选出单层石墨烯薄片。利用该方法可以获得高质量的石墨烯，但缺点是所获得石墨烯尺寸太小，仅几十或者上百微米。且制备过程不易控制，产率低，不适合大规模的生产和应用。

同年美国佐治亚理工学院W.A. de Heer等人通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶SiC (0001) 面上外延生长石墨烯^[2]。具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理得到的SiC在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。用俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热使之温度升高至1250~1450℃后保持1分钟到20分钟，以形成极薄的石墨层。相比微机械剥离法，外延生长法可以实现较大尺寸，高质量石墨烯制备，是一种对实现石墨烯器件的实际应用非常重要的制备方法，然而石墨烯的厚度由加热温度决定，大面积制备单一厚度的样品比较困难，且SiC过于昂贵，得到的石墨烯难以转移到其它衬底上。

然而，不管机械剥离法还是外延生长法都不适合大规模的工业应用。2006年，Ruoff课题组提出制备石墨烯基化合物“氧化石墨烯” 的化学方法，又称为氧化还原法^[3]，其核心是通过剥离氧化石墨形成单层氧化石墨烯。氧化石墨是石墨在H₂SO₄、HNO₃、HClO₄等强氧化剂的作用下，或电化学过氧化作用下，经水解后形成的。进一步，氧化石墨在外力(如超声波)的作用下，在水中或其它极性溶剂中可以发生剥离，形成单层氧化石墨烯。制得氧化石墨烯后，再通过化学还原使所制氧化石墨烯脱氧重新石墨化，在保持其几何形貌的同时可恢复其部分导电性。虽然在氧化还原过程中只是部分还原其导电性(破坏了石墨烯本身的高电子迁移率)，但是氧化石墨烯具有相当高的粉末比表面积(>700m²/g)，且过程相对简单。

化学气相沉积法(CVD)为实现结构规整、厚度和尺寸可控的高质量石墨烯的大规模、可重复材料制备提供了一条有效的途径。该方法主要以过渡金属为衬底，通过高温分解含碳化合物(如甲烷、乙烯等)，在金属表面形成石墨烯薄膜，最后用化学腐蚀法去除金属衬底即可分离出石墨烯。该法已经成功地用在Ru^[4] 、Ir^[5]、Pt^[6]、Ni^[7]等金属衬底表面。2009年，Ruoff^[8]研究组则率先在Cu箔基底表面上采用类似的反应条件成功地制备了大面积、高质量的石墨烯，且获得的石墨烯主要为单层结构。目前铜箔是最为常用的生长单层石墨烯薄膜的衬底材料之一。

CVD生长是目前最广泛应用的制备大面积石墨烯的方法。该法获得的石墨烯缺陷密度较高，单晶晶粒尺寸偏小(百纳米至数微米)，直接影响了石墨烯的电子迁移率。同时，石墨烯的电子结构与层厚及层间对称性密切相关。因而在实现了纳米石墨烯、微米石墨烯直到厘米石墨烯的有效制备之后，如何提高CVD石墨烯晶体质量或者说制备大面积单晶石墨烯，以及实现可控层数的多层石墨烯已经成为研究的难题和热点。

参考文献：

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