前 言

石墨烯是一种由一层碳原子构成的周期性六方点阵蜂窝状的二维晶体，也是首个被成功制备出来的单原子层纳米材料。不同于零维的富勒烯和一维的碳纳米管，二维的石墨烯作为一种新的碳的同素异形体，拥有非常优异而又独特的光、电、磁、力、热学等性质，在电子信息、能源、环境、生物医学、航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。

严格说来，石墨烯并不是新事物。20世纪50年代，科学家提出了石墨烯的概念，并在理论上对石墨烯的电子结构进行了研究，同时预言了石墨烯的线性频散关系；1986年，Boehm等首次提出“石墨烯”一词；1997年，国际纯粹与应用化学联合会明确统一了“石墨烯”的定义。而早在19世纪40年代，德国科学家Schafhaeutl就报道了利用化学插层法剥离制备石墨的技术；1966年，Hess和Ban等首次使用化学气相沉积技术制备出了单层石墨烯；1999年，Ruoff等利用微机械摩擦法制备出了少层石墨烯；Walter de Heer等在2004年利用碳化硅外延生长法制备出了单层石墨烯，并测量了电学性质，发现了超薄外延石墨薄膜的二维电子气特性；2004年，Geim等利用胶带剥离制备出单层石墨烯，发现了石墨烯独特的场效应特性。Geim的这一方法简单、高效，为石墨烯基础研究提供了材料平台，在室温下即观察到量子霍尔效应。仅隔六年，Geim和Novoselov便因在石墨烯方面的开创性工作获得诺贝尔物理学奖，由此引发了关于石墨烯研究的更大热潮。

在过去的十年间，石墨烯的相关研究突飞猛进，而这依托于石墨烯制备技术的突破性进展。纵观碳纤维、单晶硅、塑料等材料的发展史，不难发现，制备决定材料的未来。脱离了稳定成熟的制备技术，再好的材料也难以发挥其用武之地。令人欣喜的是，过去十年间，石墨烯制备方法的研究发展迅速，很多制备上的难题和挑战已经被解决。比如，机械剥离法可以制备出毫米尺寸的单层石墨烯单晶，足够满足大部分的基础科研需求；化学气相沉积方法和碳化硅外延法制备的石墨烯已被证实能够满足电学应用的需求；化学剥离法制备的石墨烯在产量提高、质量控制和成本降低等方面也有了明显进展。尽管如此，石墨烯距离真正有效的投入使用还有一定的距离，如何找到价廉且能批量制备高质量石墨烯的方法，仍是研究者们面临的一大挑战。

石墨烯行业的研究人员和工作者都需要知道如何获得石墨烯。本书编写的出发点是出版一本文字简洁、内容紧凑的石墨烯制备技术指南，希望能为初踏入石墨烯研究领域的人员提供石墨烯制备的基础知识，为石墨烯行业的相关人员呈现石墨烯制备领域的现状，并为石墨烯制备技术的下一步发展指明方向。为此，本书主要围绕石墨烯现有的主流制备技术展开，全面分析和总结已经取得的大量成果，重点关注制备的技术、工艺和装备，并着重介绍近年来有影响、有特色的代表性工作。

本书由彭海琳教授负责框架的设定、章节的撰写以及统稿和审校。全书共分为七章，围绕“自上而下”和“自下而上”两种石墨烯制备思路展开并进行详细介绍，并分析每种制备技术的特点和利弊。其中，前者主要包括机械剥离技术（第1章）和氧化还原技术（第2章）；后者包括SiC外延技术（第3章）、化学气相沉积技术（第4章）和有机合成技术（第5章）。同时，我们也对石墨烯制备的其他特色技术，如偏析生长技术、电弧放电技术、微波制备技术、电子束辐照技术、碳纳米管切割技术等进行介绍（第6章）。按照结构和形态划分，石墨烯除了常见的薄膜、粉体外，还有泡沫石墨烯（或称为石墨烯三级结构），这类材料因其结构的独特性，对制备方法也提出了不同要求，我们将在本书第7章对此进行单独介绍。

特别感谢团队中张金灿、邓兵、林立、任华英、王可心、孙禄钊、杨皓、贾开诚、单婧媛、郑黎明、史刘嵘、王铭展等在本书编写和校对过程中所付出的巨大努力。在本书编写过程中，我们参阅了相关专著、教程和大量的相关文献，在此对相关专家和作者表示感谢。

由于石墨烯的研究日新月异，加之作者知识水平和表达能力的局限性，书中难免存在不妥之处，欢迎广大读者批评指正。

彭海琳
2019年6月于北京大学 l4jOsXa6qeKm4dCpENMfKd5ZiU7HfAgiddQ8CsXFIxhzbLqXOa437U6Ovm9G7Mwr