1.1　发展历程

在早期的二维晶体理论研究中，L.D.Landau和R.E.Peierls分别提出，准二维晶体材料由于其自身的热力学不稳定性，在常温常压下会迅速分解^［4，5］。1966年，Mermin-Wagner理论指出表面起伏会破坏二维晶体的长程有序^［6］。1947年，石墨烯的理论由P.R.Wallace提出，作为研究石墨等碳质材料的理论模型^［7］。20世纪六七十年代，表面科学家对石墨烯在金属材料表面的偏析与沉积行为进行了大量的研究，但主要是为了研究金属催化剂的失活行为，并没有将石墨烯从金属基底上分离出来并研究其本身的性质。早期比较详细的关于少层石墨的研究可以追溯到1962年，H.P.Boehm等制备了单层氧化还原石墨烯微片^［8］。1999年，R.S.Ruoff团队尝试用高定向热解石墨在硅片上摩擦获得少层甚至单层石墨烯，但当时并未对得到的产物进行深入的研究与表征，以致错失了发现石墨烯的机会^［9］。直到2004年，A.K.Geim和K.S.Novoselov使用粘胶带剥离的方法，成功将单层石墨烯从石墨分离出来，并转移到SiO₂/Si基底上^［3］。这种简单易行的方法开启了石墨烯的研究，两人也因在石墨烯等二维材料领域的开创性研究而获得2010年诺贝尔物理学奖。事实上，在同一时期，美国哥伦比亚大学的P.Kim也开展了石墨烯的研究工作。Kim团队利用类似“铅笔划”的方法，用石墨制作的“纳米铅笔”在特定基底表面划过，可以获得最低层数为十层的石墨薄片，并进行了深入的性能表征与分析^{［10，11］}。可以说，他们的工作距离诺贝尔奖仅一步之遥。佐治亚理工大学W.de Heer教授在2004年更早的一篇文章中报道了其利用碳化硅合成的石墨烯的结构表征结果，完成了单层石墨烯电学性质的测定并发现了超薄石墨薄膜的二维电子气特性^［12］。在2010年诺贝尔奖委员会宣布将当年的物理学奖授予Geim和Novoselov时，de Heer公开向诺奖委员会致信并同时撰写了补充文章，认为诺贝尔奖评审委员会在石墨烯科学背景资料方面存在大量事实错误，并提供了自己在更早时间撰写的与石墨烯相关的基金申请书和专利申请。