摘 要：石墨烯由于独特的单原子层二维结构及优异的性能，引起了众多学者研究兴趣，在材料、电子、化学、能源、生物医药等众多领域具有广阔的应用前景。本文通过总结石墨烯的几种常用的制备方法的优缺点，概述了石墨烯的表征方法，并对石墨烯的未来应用市场作了粗略分析。
关键词：石墨烯；制备；表征；研究进展
1 石墨烯的制备方法
1.1 机械剥离法
Geim等于2004年采用微机械剥离法成功的从热解石墨表面分离出石墨烯。是将高定向热解石墨转移到玻璃衬底上，然后用透明胶带反复进行粘贴，将其剥离，最后将粘有石墨烯片层的玻璃衬底放入丙酮溶液中超声振荡。单层石墨烯便在范德华力或毛细作用下吸附在单晶硅片上，从而成功地制备了单层二维的石墨。
1.2 氧化-还原法
氧化石墨还原方法是目前最常用的方法，国内外研究人员均已作了大量的研究。其中较为常见的是采用强酸将本体石墨进行氧化处理，通过强力超声或热力学膨胀进行剥离，利用化学还原方法将氧化石墨烯还原为石墨烯。氧化-还原法成本较低，应用较为广泛。
1.3 化学气相沉积法
化学气相沉积法（CVD）是反应物质具有相当高的温度，并在气态条件下发生化学反应，生成的固态物质沉积在加热的固态基体表面，从而制得固体材料的工艺技术。作为制备半导体薄膜材料的经典方法，化学气相沉积法也被广泛应用于石墨烯的制备。
1.4 电化学法
近年来，研究人员将电化学方法引入石墨烯的制备当中，并取得了良好效果。Virendra V. Singh和Ching-Yuan Su等人通过将铂电极与铅笔芯或高定向热解石墨置于酸性溶液中，接通电源情况下将笔芯或热解石墨剥离，制得石墨烯产物。建立了绿色、快速、简捷、低成本的制备石墨烯的方法。产物的拉曼光谱图、扫描隧道显微镜等表征手段证实，具有极好的透光率和较高的导电性能。
2 石墨烯的应用
由于石墨烯具有独特的结构和优异的性能，因此其应用前景可想而知。尤其在电子器件、光子传感器、基因测序、隧穿势垒材料等领域具有广泛的应用前景。
2.1 电子器件
常温下石墨烯相比于硅片的高载流子迁移率高达近10倍，并且受温度和掺杂效应的影响很小，室温下表现出亚微米尺度的弹道传输特性，这是石墨烯作为电子器件最为突出的优势，将使电子工程领域中极具吸引力的“室温弹道场效应管”成为可能。
2.2 光子传感器
石墨烯将以光子传感器的身份呈现在世人面前，这种传感器可用于检测光纤中携带的大量信息，由硅担任此角色的时代似乎将要结束，取而代之的是石墨烯。有研究小组已透露出了他们研制的石墨烯光电探测器，接下来人们要期待的将是基于石墨烯的太阳能电池和液晶显示屏，用它制造的电板比其他材料具有更优良的透光性，具有良好的视觉效果。
2.3 基因电子测序
由于导电的石墨烯的厚度小于DNA链中相邻碱基之间的距离，以及DNA四种碱基之间存在电子指纹，因此石墨烯有望能实现直接的、快速的、低成本的基因电子测序技术。
2.4 隧穿势垒材料
量子隧穿效应是一种衰减波耦合效应，应用于电子冷发射、量子计算、半导体物理学、超导体物理学等领域。基于石墨烯在导电、导热和结构方面的优势，未来石墨烯势垒将有可能在隧穿晶体管、非挥发性磁性记忆体和可编程逻辑电路中率先得以应用。
3 石墨烯的表征
单层石墨烯虽已成功获得，但由于其表征手段的限制，已成为石墨烯的研究工作的瓶颈问题。目前表征石墨烯的手段主要有：高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、紫外光谱、原子力显微镜等。在HRTEM下，能清晰看到呈轻纱状半透明片状结构分布的石墨烯层。运用HRTEM表征石墨烯，简单快速，具有较高的空间分辨率，可以在原子的尺度上来研究样品的结构和微结构。成为石墨烯一个简单快速的表征手段。XRD表征方法是通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，分析材料的组成。因此可用来观察表征石墨烯的合成过程，对每一步反应进行监控。经过实验，在XRD上，当浓硫酸和高锰酸钾将石墨氧化为石墨氧化物后，26.5°位置的石墨特征峰完全消失，而在10.0°位置附近出现一个新的衍射峰，通过该峰位置的出现，可断定石墨被完全氧化，石墨层间距被拉大。当用水合肼还原GO后，石墨氧化物的10.0°位置的特征峰已基本消失了，在23.5°位置附近出现了一个比较宽的谱带，可断定GO已被完全还原。从而对氧化还原法“监控”，制得了高质量的石墨烯产物。AFM法原理是原子间距离减小到一定程度以后，原子间的作用力将迅速上升。
4 结语
石墨烯自被发现以来引起了世界各领域的广泛关注和重视，不论是在制备方法还是其应用领域的研究方面都取得了重大突破。但是由于石墨烯的制备方法受到多方面因素的制约，想要把制备结构、层数、尺寸、可控的高质量石墨烯形成大规模、大批量生产仍需要研究人员继续努力探索、发现。随着石墨烯基础性研究的不断开展，其在纳米器件、电池材料、液晶显示、太阳能电池、光子传感器等很多領域都博得了广泛关注。
参考文献：
[1]吴娟霞，徐华，张锦.拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J].化学学报，2014（03）.
[2]刘新，张纪梅.石墨烯的制备与表征[J].辽宁化工，2013（02）.
