聚合物/无机纳米复合材料结合聚合物材料和无机材料各自的优点,表现出不同于传统宏观复合材料的力学、热学、光学、电学、磁学等性能。因此设计和制备高性能、多功能的新型聚合物纳米复合材料具有重大的学术及应用价值。本论文通过原子转移自由基聚合(ATRP)方法制备多种石墨烯/聚合物纳米复合材料(如石墨烯/聚苯乙烯、石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯、石墨烯/聚异丙基丙烯酰胺等纳米复合材料),通过物理相互作用将化学还原的石墨烯和聚丙烯酰胺复合,使其具有pH响应性,通过水热法制备石墨烯/磁性四氧化三铁纳米复合材料,并对其结构/形态和性能进行了表征,所得主要研究结果如下：(1)无机/有机纳米复合材料兼具有机聚合物和无机材料各自的性能。通过ATRP方法对功能化石墨烯(FGS)进行功能化修饰,成功将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚苯乙烯(PS)接枝到FGS上。通过热失重(TGA)测试接枝聚合物的含量。通过透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)观察该纳米复合材料的形貌。本研究丰富了石墨烯的功能化方法,提供了调控石墨烯上接枝聚合物的方法。(2)通过简单的物理相互作用将化学还原的石墨烯和聚丙烯酰胺复合,其水溶液具有pH响应性。聚丙烯酰胺稳定的石墨烯是单层的,并且可以通过改变溶液pH值来调控石墨烯在溶液中的分散和团聚状态。本研究为功能化修饰石墨烯制备稳定的石墨烯分散液提供了新方法。所制备的具有环境响应性的石墨烯/聚合物复合材料在纳米电子器件、传感器、药物和基因运输系统具有潜在应用价值。(3)通过表面引发ATRP方法成功将聚异丙基丙烯酰胺接枝到石墨烯的表面,所得石墨烯/聚异丙基丙烯酰胺复合物在水中具有很好的分散性,并且具有温度响应性。制备过程首先通过重氮盐反应将对氨基苯酚修饰到石墨烯表面。然后,将溴代异丁酰溴通过酯化反应共价接枝到石墨烯片上,得到异丁酰溴功能化的石墨烯(G-Br)。最后通过ATRP反应将异丙基丙烯酰胺聚合接枝到石墨烯上。拉曼光谱、1HNMR和TEM结果证明聚合物成功接枝到石墨烯上。TGA结果显示石墨烯上接枝的聚异丙基丙烯酰胺量随着反应单体的增加而增大。TEM结果表明石墨烯上修饰的聚异丙基丙烯酰胺团簇能够很好地通过控制聚合来调控。所制备的石墨烯基复合物表面的聚异丙基丙烯酰胺对温度有敏感性。这种温敏性、水溶性的石墨烯/聚异丙基丙烯酰胺复合物可望在环境器件及控制药物运输具有潜在的应用。(4)通过一步法水热合成石墨烯/磁性纳米粒子复合物。四氧化三铁纳米晶和纳米簇的大小可以通过调整反应时间和起始混合溶剂配比来调控。拉曼光谱证明氧化石墨烯在四氧化三铁晶粒生长过程中同时被还原成石墨烯。石墨烯表面生长的四氧化三铁纳米粒子、纳米簇可以阻碍石墨烯的团聚。该复合物中的磁性氧化铁纳米粒子具有很高的结晶性和磁饱和强度。同时,四氧化三铁表面的丙烯酸盐赋予复合材料水溶性,并能通过静电相互作用吸附聚芴等电解质。吸附聚芴的复合材料具有高磁性、很好的水溶性、强烈的荧光发射等性能,使该复合材料有望在诸如磁共振成像、生物分离、生物印记和光学器件修饰等领域有潜在的应用。(5)采用水热法将V205粉末溶解于H202水溶液中,制备出大量超长V205纳米线。然后把v205加入石墨烯水溶液中搅拌混合均匀,并抽滤得到柔性复合薄膜。本方法简单易行,所得到的杂化薄膜材料包括2D石墨烯薄片和ID V2O5超长纳米线。V205超长纳米线构成薄膜的骨架结构,而石墨烯作为一种优良的导电剂分散在五氧化二钒的骨架结构中,同时也作为一种基底材料来支撑V205,从而实现了石墨烯和V205的相互支撑。该杂化薄膜作为正极材料测试其锂电池充放电性能时,显示出良好的充放电容量和优异的倍率性能。该实验过程中所用试剂均为环境友好型绿色试剂。同时,所制备的薄膜电极是柔性可折叠的,并且没有使用粘结剂,这也间接增加了活性物质的含量,从而使该类复合材料获得更充分的应用。