近年来，氧化石墨烯在聚合物基体中的纳米尺度分散，成为研究的热点。与传统材料相比，这种纳米级别的材料在性能上有着无法比拟的优势，性能的提升程度通常取决于纳米填充体在基体中的分散程度。但是氧化石墨烯的强亲水性、弱亲油性，使其难以在大多数有机溶剂中稳定分散和剥离，限制了其在复合材料中加工应用。因此有必要对氧化石墨烯进行表面修饰和功能化，对于氧化石墨烯纳米复合材料的性能优化具有重要的应用价值。本文选用三种方法制备氧化石墨，提出了操作简单、无污染的氧化石墨制备方法。利用偶联剂和无机离子Zn2+对氧化石墨烯表面进行修饰和表面功能化的研究，在此基础上制备了不同的环氧纳米复合材料。采用XRD、SEM、TG、EDS、UV、FTIR等手段对其进行表征和分析，并测试了不同环氧复合材料的力学性能、热稳定性能和吸水率，获得主要结果如下：(1) Hummers法(HGO)、提高Hummers法(IGO)、溶剂热法(SGO)都可以成功制备出形貌、结构基本一致的氧化石墨，但三种GO的氧化程度存在差别:SGO>IGO>HGO，HGO保留了更多的芳环结构。IGO、SGO的制备过程相比传统Hummers法，更为简便、无污染，值得推广。(2)三种偶联剂KH550、KH560、KH570都成功接枝了氧化石墨烯，综合考虑KH570改性效果最佳，亲油性提高。研究发现KH570/GO在环氧复合材料中的最佳添加量为0.05wt%，拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率、冲击强度均达到了最大值，分别比纯环氧树脂提高了104.32%、14.46%、118.89%、89.84%。复合材料的吸水率降低了44%，同时热稳定性在高温阶段有所提高。说明改性后GO的纳米分散效果，可以显著提升复合材料的性能。(3)纳米ZnO可以均匀的负载在GO的片层上，降低了其亲水性，提高了热稳定性。研究发现ZnO/GO在环氧复合材料中的最佳添加量为0.25wt%，力学性能达到最佳，拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率、冲击强度分别比纯环氧提高了99.87%、12.09%、98.35%、151.48%。同时吸水率显著下降了81.48%，热稳定性在高温阶段有所提高。说明ZnO负载GO后，与环氧树脂基体之间具有更好的相容性和界面结合力。