环氧树脂作为一种重要的热固性树脂,具有优良的物理机械性能、电绝缘性、耐化学腐蚀性、耐热及粘接性能和优良的成型工艺性。因此在电子、机械、化工和航空航天等领域都得到了大范围使用。其中,环氧树脂作为最重要的高性能复合材料基体树脂之一,在航空航天领域具有极其重要的应用价值。但环氧树脂固化后的三维交联网络结构大幅限制了环氧分子链的运动,导致固化产物的脆性较大、耐冲击韧性差以及耐应力开裂性能低。目前,许多科研人员试图添加合适的纳米填料来克服其脆性并提高环氧复合材料的断裂韧性。其中,嵌段共聚物经常作为增韧剂而添加到环氧复合材料中,但是提高韧性的同时往往会牺牲其模量和强度。同时,氧化石墨烯作为一种新型的二维片状碳纳米材料,具有极高的断裂强度和杨氏模量,因而被认为是制备聚合物基纳米复合材料的理想增强体。因此受纳米粒子强化作用和嵌段聚合物增韧作用的启发,通过表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）制备了以氧化石墨烯（GO）为主体的嵌段聚合物填料。在该嵌段聚合物的主分子链段的侧基中,甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）片段和N-（3,4-双（（叔丁基二甲基硅烷基）氧基）苯乙基）甲基丙烯酰胺(DOPAm TBDMS)片段可分别促进分散和增韧。采用FTIR和XPS对分子结构进行了表征。通过添加了不同比例的改性氧化石墨烯的环氧复合材料（FGO-E51）和未添加的环氧复合材料（E51）对比,研究了FGO-E51的热机械性能,力学性能和增韧增强机理。改性氧化石墨烯的添加量分别为0.1%、0.25%、0.5%、0.75%。其中当改性氧化石墨烯的添加量为0.25wt%时,弯曲强度达到151 MPa,比纯环氧复合材料高37.27%。抗拉强度和悬臂梁冲击强度分别提高了50.56%和69.89%。这些归因于GO及其侧基团的加强和增韧作用。之后还制备了改性氧化石墨烯碳纤维复合材料,通过与E51碳纤维复合材料对比,研究了FGO-E51碳纤维复合材料的弯曲强度、拉伸强度和层间剪切强度。结果表明:添加改性氧化石墨烯后,碳纤维复合材料的机械性能均得到明显提升。其中当添加量为0.25%时,碳纤维复合材料的机械性能达到最佳。拉伸强度达到2150 MPa,提高了36.9%;弯曲强度达到1830 MPa,提高了39.7%。证明了添加改性氧化石墨烯填料后能够良好改善环氧复合材料和碳纤维复合材料的机械性能。