本文以反式1,4聚异戊二烯（TPI）形状记忆聚合物作为研究对象,通过向TPI基体中引入氧化石墨烯（GO）等一系列无机功能填料,对TPI形状记忆聚合物复合材料进行了制备,并对其物理微观特性,以及热学、力学、热力学循环和形状记忆性能从微观尺度到宏观尺度进行了一系列的测试与分析。并基于形状记忆聚合物的热力学性能,构建了一种新的聚合物微观物理结构,并将该结构与热力学粘弹性本构理论相结合,提出了一种新的热力学粘弹性相变模型。（1）研发了一种新型的制备工艺,将GO引入到TPI基体,制备了GO/TPI形状记忆聚合物复合材料,通过试验和理论分析,对复合材料热力学性能的影响规律和相关机理进行了系统研究。此外,采用一种新的测试方法对聚合物复合材料的变形回复能力进行了表征。在保证形状记忆聚合物复合材料变形回复能力的同时,较大幅度地增强复合材料体系的热学与力学性能,并确定了GO/TPI复合材料中所添加GO的最优比。（2）将GO与不同质量分数的纳米氧化铝颗粒（Al2O3）采用物理共混法引入到TPI基体,制备了GO-Al2O3/TPI形状记忆聚合物混杂复合材料。对复合材料体系的微观物理结构、热学性能、力学性能、热力学循环性能和形状记忆性能进行了系统的研究,并对混杂纳米填料含量和温度变化对复合材料体系相关性能的影响机理进行了分析。（3）基于电荷吸引法研发了一种新型的制备工艺,在该工艺指导下,将GO与氨基化的二氧化硅（Si O₂-NH₂）通过电荷吸引进行杂化,制备了一种Si O₂@GO纳米核-壳结构功能化杂化填料,并将其作为新型填料引入到TPI基体,进而得到了Si O₂@GO/TPI杂化复合材料体系。通过从微观到宏观的一系列表征,对该新型核-壳结构杂化填料与TPI基体的界面相互作用进行了研究,并对复合材料体系的热力学性能与形状记忆性能进行了分析。该核-壳结构的成功制备为高性能复合材料的开发提供了一种新的界面设计策略。（4）提出了一种绿色简便有效的逐层自组装（Lb L）方法,通过静电相互作用,将GO/Si O₂多层膜逐层沉积在碳纤维（CFs）表面,对其表面微观结构,润湿特性及单丝力学强度进行了系统的表征与分析。此外,将逐层自组装所得到的改性碳纤维作为一种新型填料引入到TPI基体中,研制了改性碳纤维增强聚合物复合材料,并对TPI基体与改性碳纤维的界面粘结作用,以及复合材料体系的相关热力学性能和变形回复能力进行了系统的表征与分析。该绿色有效的Lb L自组装方法在制造高性能碳纤维增强复合材料方面具有巨大的潜力。（5）提出了一种新型的形状记忆聚合物微观结构,构建了相应的相变本构模型,给出了热力学粘弹性本构方程,通过该相变模型的理论预测结果和测试得到的热力学试验数据进行对比,验证了该热力学粘弹性相变本构模型的准确性与合理性。