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显微学是研究纳米材料结构与性质的重要表征手段，其优点包括显示的直观性及尺度可调的空间分辨率。石墨烯作为一类新型纳米材料，它优异的理化性质很大程度上源于其独特的二维结构。一方面，石墨烯面内的碳原子规则排布表现出与块状晶体类似的面内周期性，且横向晶粒尺寸可达米量级。另一方面，石墨烯在纵向仅有单层碳原子厚度，展现出亚纳米量级的超小尺寸。因此，石墨烯的显微学表征涵盖从宏观到原子级微观的广阔空间尺度，同时涉及晶体学和表面分析技术等多个显微学领域，具有丰富的科学内涵与外延。本章将介绍在石墨烯结构表征中常用的显微学手段，具体包括光学显微术、扫描电子显微术、透射电子显微术、光发射电子显微镜/低能电子显微镜系统技术、原子力显微术及扫描隧道显微术，并通过丰富的实例展现不同测量技术在表征石墨烯尺寸与形状、厚度、晶体取向、堆垛方式、局域缺陷等方面的应用。