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单层石墨烯最初是由石墨材料中剥离出来的单原子层厚度的二维晶体。通常，由两个或三个石墨层组成的石墨烯被称为双层或三层石墨烯，五层以上至十层的石墨烯通常被称为少层石墨烯，而更多层的石墨烯则称为多层石墨烯、石墨烯薄片。
至今，科研人员已经发明出多种制备石墨烯的方法，其中，氧化还原法 [32] 和化学气相沉积法 [33] 是目前较为常用的制备方法；其他一些方法如电化学法 [34] 和溶剂热法（Wang，2009）等也见诸报道，但仍需进一步深入研究。图2-1中总结了常见的石墨烯制备方法。
图2-1 石墨烯制备方法概况
在自上而下的制备方法中，机械剥离法最早用来制备石墨烯。石墨的层间距和层间键能分别为3.34 Å [1] 和2 eV·nm -2 ，在机械剥离中对应约300 nN·μm -2 的外力即可将一个单原子厚度的石墨烯层与石墨本体分开（Zhang，2005）。因此，简单地使用透明胶带在石墨材料表面上产生的应力就能够粘下一层或几层石墨烯。2004年，英国曼彻斯特大学的Novoselov和Geim通过胶带在Si/SiO 2 基板上反复粘贴，首次获得单层石墨烯 [35] 。原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）照片（图2-2）显示该方法可以同时制备不同层数的石墨烯。基于类似的原理，使用具有一定弹性系数的原子力显微镜悬臂产生剪切应力也可剥离高定向热解石墨来制备石墨烯（Zhang，2005），但该方法仅能制备出最薄为10 nm的石墨薄片，不能进一步用来制备单层或双层石墨烯。
图2-2 通过原子力显微镜测量的各种厚度的石墨膜 [35]
由于机械剥离法制备的石墨烯缺陷少，它可直接用于场效应晶体管（Field Effect Transistor, FET）器件，但这种方法的成功率和重复性极低，基本无法用来制备大面积石墨烯样品。此外，利用胶带剥离法虽然相对容易获得单层或少层石墨烯，但产量很低，从而极大地限制了其在电子器件领域的实际应用。因此，寻找可以规模化制备高质量石墨烯的方法是石墨烯研究领域的重要任务之一。迄今，研究人员发展了一系列制备石墨烯的化学方法，包括氧化还原法、化学剥离法、化学气相沉积法和SiC外延法等。特别是近年来，新的石墨烯制备方法层出不穷。本章将着重介绍这些化学制备方法并讨论它们的优缺点。