現(xiàn)今石墨烯的產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始有了基本的發(fā)展雛形，在改善傳統(tǒng)行業(yè)和發(fā)展新研發(fā)力量方面發(fā)揮了很大的作用。

　　石墨烯的結(jié)構(gòu)

　　石墨烯是零帶隙半導(dǎo)體，厚度僅為0.35nm，其在平面內(nèi)由一個(gè)碳原子和鄰近的三個(gè)碳原子通過(guò)sp2雜化方式形成的鍵相連，呈六角形蜂巢晶格狀，厚度僅為單層碳原子直徑，垂直石墨烯平面方向則由2pz軌道相互耦合形成了弱的鍵，石墨烯的輸運(yùn)性質(zhì)由離域化的電子決定[8]，而電子的費(fèi)米面剛好位于導(dǎo)價(jià)帶的接觸點(diǎn)。

　　該點(diǎn)附近的圓錐形能帶結(jié)構(gòu)分別稱為K和谷，其導(dǎo)價(jià)帶結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出線性的色散關(guān)系，這種關(guān)系與描述無(wú)質(zhì)量狄拉克費(fèi)米子的狄拉克能譜的關(guān)系十分相似，因此可以把石墨烯中的載流子看成無(wú)質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子[11]。這致使石墨烯具有許多特殊的性質(zhì)，如反常半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、克萊因隧穿等[5]。

　　由于尺寸限制，實(shí)際中的石墨烯會(huì)有邊界，并且邊界原子不像內(nèi)部原子一樣為sp2雜化。當(dāng)石墨烯尺寸足夠小而形成納米帶時(shí)，其邊界效應(yīng)就會(huì)顯現(xiàn)，通常常見的邊界有zigzag(鋸齒形)邊界和armchair(扶手梯形)邊界。

　　其中zigzag邊界的石墨烯納米帶具有自旋極化現(xiàn)象，并有著良好的磁學(xué)特征，而armchair邊界的石墨烯納米帶則沒(méi)有該現(xiàn)象，整體是無(wú)磁性的，在熱力學(xué)上也更加穩(wěn)定[12]。隨著尺寸的減小，邊界對(duì)石墨烯材料的電子性質(zhì)、傳輸性質(zhì)、化學(xué)和磁學(xué)等性質(zhì)的影響會(huì)越顯著[13]。

　　此外，在石墨烯的生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生本征缺陷。這些缺陷主要包括Stone-Wales缺陷、空位缺陷、線缺陷、邊界缺陷等，它們即使在低濃度的情況下，對(duì)石墨烯的物理和化學(xué)性質(zhì)也會(huì)有較嚴(yán)重的影響[8,9]。

　　 石墨烯的常用制備方法

　　石墨烯的制備方法可以分為物理方法和化學(xué)方法，目前常用的物理制備方法有機(jī)械剝離法、液相或氣相剝離法等，化學(xué)方法有氧化還原法、外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法、電弧放電法等。

　　1. 微機(jī)械剝離法

　　石墨烯首先由微機(jī)械剝離法制得。微機(jī)械剝離法即是用透明膠帶將高定向熱解石墨片按壓到其他表面上進(jìn)行多次剝離，最終得到單層或數(shù)層的石墨烯。2004年，Geim，Novoselov等就是通過(guò)此方法在世界上首次得到了單層石墨烯，證明了二維晶體結(jié)構(gòu)在常溫下是可以存在的。

　　微機(jī)械剝離方法操作簡(jiǎn)單、制作樣本質(zhì)量高，是當(dāng)前制取單層高品質(zhì)石墨烯的主要方法。但其可控性較差，制得的石墨烯尺寸較小且存在很大的不確定性，同時(shí)效率低，成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

　　2. 外延生長(zhǎng)法

　　外延生長(zhǎng)方法包括碳化硅外延生長(zhǎng)法和金屬催化外延生長(zhǎng)法。碳化硅外延生長(zhǎng)法是指在高溫下加熱SiC單晶體，使得SiC表面的Si原子被蒸發(fā)而脫離表面，剩下的C原子通過(guò)自組形式重構(gòu)，從而得到基于SiC襯底的石墨烯。

　　金屬催化外延生長(zhǎng)法是在超高真空條件下將碳?xì)浠衔锿ㄈ氲骄哂写呋钚缘倪^(guò)渡金屬基底如Pt、Ir、Ru、Cu等表面，通過(guò)加熱使吸附氣體催化脫氫從而制得石墨烯。氣體在吸附過(guò)程中可以長(zhǎng)滿整個(gè)金屬基底，并且其生長(zhǎng)過(guò)程為一個(gè)自限過(guò)程，即基底吸附氣體后不會(huì)重復(fù)吸收，因此，所制備出的石墨烯多為單層，且可以大面積地制備出均勻的石墨烯。

　　3. 化學(xué)氣相沉淀CVD法：最具潛力的大規(guī)模生產(chǎn)方法

　　CVD法被認(rèn)為最有希望制備出高質(zhì)量、大面積的石墨烯，是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)石墨烯薄膜最具潛力的方法。化學(xué)氣相沉淀CVD法具體過(guò)程是：將碳?xì)浠衔锛淄椤⒁掖嫉韧ㄈ氲礁邷丶訜岬慕饘倩證u、Ni表面，反應(yīng)持續(xù)一定時(shí)間后進(jìn)行冷卻，冷卻過(guò)程中在基底表面便會(huì)形成數(shù)層或單層石墨烯，此過(guò)程中包含碳原子在基底上溶解及擴(kuò)散生長(zhǎng)兩部分。該方法與金屬催化外延生長(zhǎng)法類似，其優(yōu)點(diǎn)是可以在更低的溫度下進(jìn)行，從而可以降低制備過(guò)程中能量的消耗量，并且石墨烯與基底可以通過(guò)化學(xué)腐蝕金屬方法容易地分離，有利于后續(xù)對(duì)石墨烯進(jìn)行加工處理。

　　4. 氧化石墨還原法

　　氧化石墨還原法也被認(rèn)為是目前制備石墨烯的最佳方法之一。該方法操作簡(jiǎn)單、制備成本低，可以大規(guī)模地制備出石墨烯，已成為石墨烯制備的有效途徑。另外該方法還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是可以先生產(chǎn)出同樣具有廣泛應(yīng)用前景的功能化石墨烯－－氧化石墨烯。

　　其具體操作過(guò)程是先用強(qiáng)氧化劑濃硫酸、濃硝酸、高錳酸鉀等將石墨氧化成氧化石墨，氧化過(guò)程即在石墨層間穿插一些含氧官能團(tuán)，從而加大了石墨層間距，然后經(jīng)超聲處理一段時(shí)間之后，就可形成單層或數(shù)層氧化石墨烯，再用強(qiáng)還原劑水合肼、硼氫化鈉等將氧化石墨烯還原成石墨烯。

       石墨烯的制備方法中，CVD法是當(dāng)前使用率最高的制備方法，這項(xiàng)方法能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)。