為了讓石墨烯的優異性能得到更好的應用，研究者們一直在努力尋找批量、可控制備石墨烯的方法。目前，石墨烯的制備主要包括：微機械剝離法、化學氣相沉積法、外延生長法、氧化石墨烯溶液的還原法及有機合成法等方法。
1 微機械剝離法（ Micromechanical Exfoliation）
微機械剝離法，即通過機械力從石墨晶體表面剝離得到單層或多層石墨烯碎片。
2004年， Geim等利用微機械剝離高度取向熱解石墨（ HOPG）成功地制備出單層石墨烯，并對其形貌進行了觀察。他們首先利用氧等離子體束在1 mm厚的石墨表面刻蝕出寬20 μm～2 mm、深5 μm的微槽，利用光刻膠將其固定在玻璃襯底上，然后用透明膠帶進行反復撕揭，除去多余的HOPG后將粘有微片的玻璃襯底放入丙酮中超聲。再將單晶硅片放入丙酮溶劑中，使單層石墨烯沉積到其表面。沉積于硅基底上（ Si(100)2×1： H）的單層和兩層石墨烯最小橫向尺寸為2-10 nm。隨后， Meyer等將微機械剝離法制得的含有單層石墨烯的Si晶片放置于一個經過刻蝕的金屬架上， 用酸將Si晶片腐蝕去除，成功制備了由金屬支架支撐的懸空單層石墨烯，并用透射電鏡觀測了其形貌， 發現單層石墨烯片并不完全平整， 平面上有一定高度(50～100 ?) 的褶皺。隨后， Meyer等49又研究了單層石墨烯和雙層石墨烯表面的褶皺程度，表明單層石墨烯表面褶皺明顯大于雙層石墨烯，并且隨著石墨烯層數的增加褶皺程度越來越小，最終趨于平滑。這是因為單層石墨烯碎片為了降低其表面能量由二維向三維形貌轉變而造成的。 Meyer等推測石墨烯表面的褶皺也是二維石墨烯存在的必要條件。
盡管，通過微機械剝離法從石墨晶體得到了石墨烯，并對單層或兩層石墨烯的性質進行了研究，但這種方法并不適合于單層或多層石墨烯的批量制備和應用，而只能滿足于基礎研究的需要。
2 化學氣相沉積法（ Chemical Vapor Deposition, CVD）
化學氣相沉積是目前合成高質量石墨烯薄膜的一條有效途徑。利用CVD法，在過渡金屬鎳表面上制備出大面積石墨烯。具體來講，首先在SiO2/Si襯底上沉積厚度約為300 nm的金屬鎳，然后在高溫下將樣品暴露于烴類氣體中得到鎳的碳化物。最后在氬氣氛圍中，將樣品快速冷卻至室溫，制得石墨烯薄膜。利用溶劑腐蝕去除金屬鎳使得石墨烯薄膜漂浮于溶液表面，進而可以把石墨烯轉移到任何所需的基底上。研究發現，這種快速冷卻方法是后期從基底上有效分離石墨烯的關鍵因素，在不借助任何機械和化學方法的情況下，保留了石墨烯樣品的結晶完整度。
在多晶鎳薄膜上經過CVD法制備出了大面積單層和多層石墨烯，并將薄膜轉移到多種基底上，其中單層和兩層石墨烯的橫向尺寸可達～20 μm。通過CVD法在金屬基底生長可以得到大面積的含有單層至幾層的石墨烯薄層（約1 cm2），但得到均勻生長的單層石墨烯是很困難的，同時經CVD法制備的石墨烯的電子性質受基底的影響很大。
3 外延生長法（ Epitaxial Growth）
在超高真空條件下加熱SiC晶體，在足夠高的溫度下（ 1300 ℃ ）， SiC表面的Si原子被蒸發而脫離表面，使表面出現碳化現象，這樣就可以得到基于SiC襯底的外延石墨烯。然而， SiC真空分解得到的是小尺寸（直徑～30-200 nm）石墨烯。與原位方法相比，通過非原位方法在6H-SiC（ 0001）基底上生長出的單層石墨烯面積更大。
在超高真空下，通過非原位6H-SiC（ 0001）晶面的熱分解得到了大面積的單層石墨烯。在氬氣（ 1×105 bar）氛圍下，利用Si終止SiC（ 0001）的非原位石墨化也制備出大面積的單層石墨烯薄膜。基于SiC襯底的外延石墨烯在互補金屬氧化物半導體（ CMOS）領域表現出良好的應用前景，因此需要對其結構和電學性質進行研究。利用X-射線光電子能譜、低能電子衍射及擴展X-射線吸收光譜等對6H-SiC（ 0001）表面石墨烯層結構變化與溫度的關系進行了研究，表明在1150 ℃ 退火后形成雙層石墨烯，并估測石墨烯的傾角α(分子軸與表面的夾角)為14±2°。在1400 ℃，隨著石墨烯層數的增加，角度逐漸減小至7±2°。外延生長法中SiC的分解不是一個自控過程，通常會產生比較難以控制的缺陷及多晶疇結構，因此，很難獲得大面積厚度均勻的石墨烯。
理論上，外延生長法和氣相沉積技術具有在整個晶片上制備單層石墨烯的潛力，這對于研究應用于半導體制備和器件的新材料可能是最簡單的方法。這兩種方法面臨的挑戰是如何獲得良好可控的石墨烯薄膜厚度及阻止二次晶體生長。將石墨烯直接生長或沉積于工業規模的硅片應該是納電子的目標，但高成本和低的制備效率限制了這種方法的廣泛應用。
