第2章讨论了石墨烯独特的特性和结构。只有通过适当的表征，才有可能了解它们的结构、性能，通过修饰可获取所需表面化学特性等。因此，表征也存在许多挑战，其中一些并没有被充分认识到。例如：需要在感兴趣的环境中（原地）进行实时测量；表面和界面污染、颗粒稳定性和时间的影响。除了使用仪器分析，补充性分析工具和理论与数学建模的熟练应用也是影响。在一些情况下，需要新的概念和新的工具来理解和表征不同类型的石墨烯的基本性质。

因此，要了解石墨烯特定的性能和在合成及各种应用中其决定性参数的影响，表征是一个必要的步骤。然而，这个新兴的、先进的材料不需要传统的材料表征方法，如评估分子结构或构成、熔点、沸点、蒸气压、pH值、水溶性、水的比例和辛醇等。更确切地说，它是通过各种光谱和微观方法来表征的。石墨烯的表征，重要的是要知道其层数、纯度或存在的缺陷、结构、电子特性等。

在本章中，我们将会研究各种分析工具及其在石墨烯的鉴定和表征方面的作用，用来理解石墨烯表征参数的各种技术也将在本章中分为如下五个不同的部分进行讨论。

1.显微镜法

在这一部分中，涉及以下两种主要的方法。

1）用扫描电子显微镜（SEM）/扫描隧道显微镜（STM）/透射电子显微镜（TEM）来表征生长域和表面形态。

2）用原子力显微镜（AFM）来表征表面形态、厚度、层的均匀性、畴生长。

2.光谱法

光谱学技术是表征的重要方面之一，包含了许多技术。在这一部分中，涉及下列一些技术。

1）拉曼光谱——鉴定石墨烯片并获得层数信息。

2）红外光谱——评估官能团的存在。

3）紫外-可见光谱——帮助评估氧化石墨烯和还原石墨烯的区别。

4）X射线衍射（X射线粉末衍射）——用于分析结晶相。

5）光电子能谱（X射线光电子能谱）——分析表面化学构成和键合。

6）核磁共振——获取结构信息，如sp²和sp³碳信息。

7）动态光散射（动态光散射和光子关联光谱学）——用于尺寸表征或测量流体尺寸和亚微米颗粒。

8）DPI（双偏振干涉测量技术）——帮助表征氧化石墨表面与其他分子的表面相互作用。

3.光学分析——用于评估

1）光学吸收和非线性克尔效应。(www.daowen.com)

2）光致发光。

3）光学带隙。

4.力学性能测试

1）杨氏模量。

2）泊松比。

3）膨胀试验。

4）表面张力（石墨烯膜的松弛和自紧）。

5）石墨烯膜的气体透过率。

6）氦原子对石墨烯片的势垒贯穿。

5.热性能和热效应分析

1）热导性。

2）热重分析（TGA）和热稳定性。

6.电学特性的表征

1）电学特性——导电性、迁移性、自旋输运等。

2）电化学氧化还原。

3）载流子浓度：反常量子霍尔效应。

4）功函数。

现在让我们来看一下各种分析工具以及它们是如何来鉴别和表征石墨烯的。