石墨烯是当前国际研究的热点，它是单层碳原子构成的二维晶体，具有非常优异的力学、热学、光学、电学等性能，引起了物理、化学、材料、电子、能源、生物和信息技术等领域专家学者的广泛关注。纤维素是地球上最为丰富的可再生资源之一，面对全球石油资源日益减少以及环境污染日趋恶化的情况，进一步拓展石墨烯和可再生的纤维素在新材料及新技术领域的应用，对人类社会的可持续发展具有重要的意义。目前，石墨烯及其复合材料的基础研究和实际应用仍面临着许多科学和技术问题，其中主要包括两个方面:(1)石墨烯的高效制备方法;(2)石墨烯在聚合物基体中良好分散性的规模化制备方法。本论文工作针对上述两个方面的主要问题，采用机械剥离法制备了石墨烯纳米片及其复合材料。该方法具有简便、高效和成本低等优点，同时兼顾石墨烯在聚合物基体中良好分散性及规模化制备的可行性。本论文主要工作包括以下三个方面:　　1、剪切力作用下纤维素对石墨烯的分散作用　　采用机械剥离技术，运用传统球磨方式，以来源丰富、价位低廉的天然鳞片石墨晶体为原料，选用天然纤维素和纤维素衍生物为研磨助剂和剥离剂，研究机械剥离过程中石墨和纤维素材料结构与形貌变化，探索了剪切力作用下纤维素对石墨烯的分散及界面相互作用。　　2、高分子辅助下石墨烯纳米片的剥离与表征　　以天然纤维素及其衍生物等高分子为研磨助剂，研究高分子辅助下石墨烯纳米片的剥离及其他相关表征。首先制备了单层或数层石墨烯纳米片/高分子复合材料，然后除去高分子，得到了单层或数层石墨烯纳米片。采用扫描电镜、透射电镜和原子力显微镜表征了该石墨烯纳米片的形貌，X射线衍射和红外光谱表征其结构特征，四探针测试仪和电化学工作站表征其电性能。相比于传统的水合肼还原法，氨-水合肼复合还原法制备的石墨烯，本产物中含氧官能团数量少，纳米片的厚度仅0.35-0.5nm，是目前接近理论值(0.34nm)的报道之一。且该方法简化了制备过程，不使用任何毒性试剂，不需要加热，为石墨烯纳米片的基础研究和实际应用奠定了一定的理论和实验基础，是有可能实现工业化生产石墨烯的方法。　　3、石墨烯/纤维素复合材料的制备与性能　　调节石墨不同含量，控制球磨时间，一步法制备出石墨烯纳米片在其中具有良好分散性的石墨烯/纤维素纳米复合材料。石墨烯纳米片在纤维素基体中良好的分散和层离状态，显著地提高了复合材料的热性能和电性能。研究表明:(1)与球磨后的纤维素相比，石墨烯/纤维素纳米复合材料的热解失重速率降低，石墨烯纳米片层的阻隔效应是降低石墨烯/纤维素纳米复合材料的热解失重速率的主要原因;(2)石墨烯纳米片片层之间相互搭接，在纤维素基体中形成连通的导电网络，并存在一定的阂值，具有导电性能的石墨烯/纤维素复合材料中石墨烯含量的可低达1～2％(w/w);(3)纤维素与石墨烯纳米片之间有CH-π相互作用。论文初步揭示了石墨烯/纤维素微观结构与性能之间的本质关系，实现了石墨烯/纤维素纳米复合材料的高效制备。