前言
2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫通过撕胶带法成功地从高定向热解石墨中剥离出单层、少层石墨烯，并通过实验发现少层石墨烯在室温下具有非常高的载流子浓度（1013cm-2）和电子迁移率（104cm2·V-1·s-1）。石墨烯的横空出世打破了严格二维晶体材料不能独立稳定存在的论断，其表现出的优良电学性质引起了广泛关注，石墨烯研究热潮随之兴起。盖姆和诺沃肖洛夫也因在二维材料石墨烯方面的开拓性实验而被授予2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯研究的广泛开展也促进了人们对其他二维晶体材料的探索与研究。六方氮化硼、过渡金属硫族化合物、过渡金属碳化物和碳氮化物、黑磷烯等二维晶体相继被成功制备出来，这极大地拓宽了二维晶体的研究范围。这些二维晶体表现出的优异特性及其潜在应用吸引了越来越多的科技工作者投入到二维晶体的研究事业中，开启了二维晶体材料研究的新时代。
理论和实验研究均表明石墨烯具有优异的物理性能。石墨烯是目前已知的力学强度最高的材料之一，其断裂强度约为钢的100倍；石墨烯室温载流子迁移率比单晶硅高两个数量级且受温度和掺杂效应影响小，表现出亚微米尺度的弹道输运特性，有望构筑室温弹道场效应晶体管；单层石墨烯的热导率约为5000W·m-1·K-1，高于金刚石、碳纳米管，是室温下铜热导率的10倍；单层石墨烯对可见光的吸收率仅为2.3%，具有高透光度。石墨烯的优异性能不仅激发了研究热情，还掀起了应用开发和产业化的热潮。值得注意的是，石墨烯材料的特性严重依赖于层数、片层之间的堆垛方式以及片层内的原子排列状况。为了建立二维材料结构与性能的对应关系，以便更好地理解二维晶体优异的理化性质，实现批量和高质量的制备并发展其应用，二维晶体显微结构的精准表征显得尤为重要。
显微技术为石墨烯及二维晶体的蓬勃发展，尤其在建立材料晶体结构与性能关系方面做出了重要贡献。光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描探针显微镜的成功介入快速提升了人们对二维晶体材料结构与物性关系的理解。特别值得注意的是，球差校正技术的成熟推动了电子显微镜在石墨烯原子结构表征方面的应用，使球差校正电子显微镜成为继扫描隧道显微镜之后又一种能够实现石墨烯原子级结构表征的重要工具。此外，球差校正电子显微镜结合电子能量损失谱分析可以实现单个原子的化学性质探测，为二维晶体材料结构与物性关系的建立提供了技术手段。
受显微技术发展的鼓舞和推动，我们编著了本书，旨在介绍各种显微技术的原理及其在二维晶体研究中的应用。本书共分为7章。第1章介绍了二维材料的基础知识（包括发现历史、结构和性能）第2～第6章分别介绍了电子衍射、高分辨透射电子显微术、高分辨扫描透射电子显微术、能谱分析和原位透射电子显微术在二维晶体结构特性研究方面的进展。第7章介绍了透射电子显微术之外的表征技术，包括光学显微术、扫描电子显微术、低能电子显微术、扫描探针电子显微术。
本书编写过程中，南方科技大学林君浩教授等为本书的编写提供了宝贵的意见，在此向他们表示衷心的感谢。东南大学纳皮米中心的研究生沈昱婷、余开浩、王文、张辉、张弘韬、熊雨薇、辛磊、文一峰在资料收集、核对及图文工作中投入了大量的劳动，在此一并致以谢意。
由于编著者水平有限，加之时间仓促，书中难免有不当之处，恳请专家和读者批评指正。
编著者
2018年7月