结构特征

单层石墨烯的结构具有高度对称性，每个碳原子与周围三个碳原子通过共价键连接，形成规则的六边形网格。这种晶格结构具有高度的二维性，使其在物理性能和电子结构上表现出与三维材料完全不同的特性。

合成方法

目前制备单层石墨烯的方法主要包括以下几类：

1. 机械剥离法：最早使用的一种方法，通过从高质量石墨中剥离得到单层石墨烯，操作简单但产量较低。

2. 化学气相沉积法（CVD）：在金属基底（如铜或镍）上沉积碳源气体（如甲烷）裂解形成石墨烯，是目前工业化应用中最常用的方法。

3. 氧化还原法：通过氧化石墨形成氧化石墨烯，再还原得到石墨烯，适合大规模制备，但层数和缺陷控制相对较困难。

4. 液相剥离法：利用溶剂将石墨分散并剥离为单层或少层石墨烯，适合制备分散液体形态的石墨烯。

材料形态

单层石墨烯通常呈现为薄膜状或片层状，可制备为透明薄膜、分散液或复合膜等形式。其表面光滑，边缘结构可呈现锯齿形或扶手椅状（zigzag/armchair），对其性质有重要影响。

物理性质

由于其独特的二维结构，单层石墨烯在热、力学和电学方面具有特殊的结构表现。这些性质与其晶体缺陷、层间堆积、边界形貌及杂质掺杂密切相关，在科学研究中具有很高的探索价值。

表征手段

单层石墨烯的识别与表征常用的方法包括：

• 拉曼光谱：判断层数、应力及缺陷；

• 透射电子显微镜（TEM）：观察晶格结构和原子排列；

• 原子力显微镜（AFM）：测量层厚和表面形貌；

• X射线光电子能谱（XPS）：分析表面元素组成。

发展方向

随着对二维材料研究的深入，单层石墨烯在结构控制、缺陷调控、复合加工等方面不断取得进展。其在纳米制造、界面调控、层间耦合等基础问题上仍有大量研究空间。