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1.2.2 外延生长法
Berger课题组通过对单晶碳化硅超高真空（底压1×10-10 Torr）高温（约1250 ℃~1450 ℃）退火得到了超薄石墨[37]，得到的超薄石墨可以通过标准纳米光刻技术组装而形成亚微米结构，该结构中载流子的输运性质决定于碳化硅表面的一层单层外延生长石墨烯（epitaxial graphene），表现出Dirac特性。但通过这种方法得到的石墨烯往往不是单层，而是几层[38, 39]，其厚度受到退火温度的控制。
SiC表面发生石墨化必须经过这样一个微观过程，即：表面原子的脱离、扩散和再吸附。但在超高真空条件下该过程受到抑制，不可避免的导致衬底表面粗糙化，最终导致得到的石墨烯片厚度不一；提高退火温度可以解除该限制，但同时也会导致硅逸出速率的增加及石墨烯生长速率的增加，反过来又促进了粗糙度的形成及石墨烯的成核。Emtsev课题组舍弃了超高真空条件，而改用氩气氛围（900 mbar，接近常压），将退火温度提高到1650 ℃，得到了均匀的较大尺寸的石墨烯[40]。
另也有在金属衬底上进行外延生成得到石墨烯的，如在过渡金属铱[41]、钌上[42]，但如何将得到的石墨烯转移到绝缘衬底上还有待解决。
1.2.3 化学气相沉积法
微机械力剥离法虽然能得到高质量的石墨烯，但尺寸较小；通过化学沉积法（CVD）能得到尺寸较大（可达几个平方厘米）且高质的石墨烯。通过化学气相沉积法制备单层石墨可以追溯到20世纪70年代，近年来已成功在多晶镍衬底上气相沉积得到单/双层石墨烯并通过刻蚀的方法将石墨烯转移到其它衬底上，如PDMS[43]、PMMA[44]、Si/SiO2及玻璃[45]。在铜箔上沉积石墨烯并成功转移至其它衬底上日前也已见报道[46]。
Keun Su Kim等人报道了一种以直流热等离子来得到连续纳米片状石墨的新方法，它们采用中空电极型直流热等离子体吹管（石墨作阴极在外，铜作阳极在内），以氩气为等离子体发生气，甲烷气体在阴极区进气，最后得到平均厚度在10 nm以下的片状石墨[47]。
化学气相沉积制备纳米材料通常需要衬底，但Albert Dato等人通过常压微波等离子体发生器实现了无衬底制备石墨烯[48]。Xiaobao Wang等人以Co/MgO为催化剂同样在无需衬底的条件下得到了纳米石墨烯，但存在sp3碳缺陷[49]。
1.2.4 氧化石墨还原法
无论微机械力剥离、外延生长或是化学气相沉积得到的石墨烯均产量有限，无法进行大规模商业化，因而产生了一种“bottom-up”的方法：即先将石墨氧化、剥离得到化学修饰氧化石墨烯，而后将其还原得到石墨烯，称之为“氧化石墨还原法”。石墨经氧化后通过液相超声[50~52]或高温快速热膨胀[53, 54]的方法可以发生剥离。目前为止，对氧化石墨进行还原的工作已经进行了很多，包括化学液相还原、热退火还原[55]、等离子体法还原[56]、氢电弧放电剥离[57]等，其中又以化学液相还原研究的最多，Ruoff等人对此作了很好的综述[58]。
1.2.5 其它制备方法
通过还原氧化石墨虽然能除去大部分的含氧官能团，但仍留有许多的缺陷，使得还原石墨烯的电性能仍不能得到很好的还原。因此需要有一种能大量得到无缺陷、未氧化石墨烯的方法。Coleman等人通过将石墨直接分散在有机溶剂中：N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N,N-二甲基乙酰胺（DMA）、γ-丁内酯（GBL）和1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMEU），而后bath超声得到了层数＜5的石墨烯片，同时也能得到一定量的独立的单层石墨烯（约1 wt%，有望提高到7 wt%~12 wt%）[59]。另外，他们还在表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）存在下在水溶液中对石墨进行超声剥离得到了无缺陷的单层石墨烯，但得率很小[60]。