表征石墨烯的手段主要有透射电子显微镜（TEM）、Ｘ射线衍射（XRD）、紫外光谱（UV）、原子力显微镜（AFM）、拉曼光谱（RAMAN）、扫描隧道显微镜（STM）及光学显微镜等。其中，XRD和UV均可对石墨烯的结构进行表征，主要用来监控石墨烯的合成过程；而表征石墨烯的层数可以采取的手段有TEM、RAMAN、AFM、光学显微镜和STM等。
透射电镜（TEM）
采用透射电镜，可以借助石墨烯边缘或褶皱处的高分辨电子显微像来估计石墨烯片的层数和尺寸,下图中可以直接观测到不同层数的石墨烯电镜图像。
优势：简单快速。
劣势：只能用来估算，无法对石墨烯的层数给予精确判断。
尤其是在对比度不那么明显的情况下，高分辨TEM无法精确判断石墨烯的层数，特别是单层和双层。
劣势弥补：结合电子衍射（ED）或低能电子损失谱（EELS），则可对石墨烯的层数做出比较准确的判断。
TEM-ED
方法：通过改变入射石墨烯的电子束方向，通过在不同电子束入射角的情况下石墨烯衍射斑点强度的变化规律来判断样品的层数。
原理：当改变电子束入射方向时，单层石墨烯的各个衍射斑点的强度基本保持不变，而对于双层以及多层的石墨烯，由于层间干涉效应的存在，电子束入射角的改变会带来衍射斑点强度的明显变化，可用倒易空间模型进行解释。
优势：对于多层石墨烯的堆垛方式没有区分，也就是说不管多层石墨烯是AA、AB或ABC堆垛的，均可采用改变电子束入射角的方法来与单层石墨烯区分开。
对于AB堆垛的双层石墨烯与单层石墨烯的区分，电子衍射的方法可以更简单一点，不用改变电子束入射的方向，只要通过观察电子束垂直入射情况下电子衍射的斑点强度的比值，就可以将单层石墨烯与双层石墨烯（AB堆垛）区分开。在单层石墨烯的衍射花样中，形成最内层六边形的6个衍射斑点与次内层的6个衍射斑点强度大致相等。而在双层石墨烯（AB堆垛）的衍射花样中，次内层衍射斑点的强度约为最内层的2倍。
劣势：对AA堆垛的石墨烯来说，在电子束垂直入射时，其电子衍射与单层石墨烯无明显差异，无法进行区分。
TEM-EELS
案例：Gass等首先在TEM下观察石墨烯薄片，然后对较干净的不同衬度的区域分别采集了EELS谱图，对谱峰强度进行计算，发现其强度比值约为1:2:5，即对应的石墨烯层数比值约为1:2:5。然后他们采用HAADF-STEM证明了中间最薄区域为单层石墨烯。
劣势：这个方法并不好用，HAADF-STEM只有得到高分辨像才能反映材料真实的原子柱排列情况，但超高分辨率像不容易获得，且单靠图像也不大能令人信服，而且样品中也必需有单层石墨烯。
相关学习文献：
[1] Meyer, J. C., et al. "On theroughness of single-and bi-layer graphene membranes." Solid State Communications 143.1-2 (2007): 101-109.
[2]Meyer, Jannik C., et al. "Thestructure of suspended graphene sheets." Nature 446.7131 (2007): 60.
[3]M H Gass， U Bangert， A LBleloch et al． Nat． Nanotechnol．，2008，3: 676 ～681．