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石墨烯因其优异的电、热、光等性能，得到了科学及工程技术领域的广泛关注，研究日趋多样化。石墨烯可以在较少的添加量下实现聚合物材料性能的大幅提升，因此以石墨烯作为聚合物改性填料的研究受到了广泛关注。本文以原位氧化剥离法制备石墨烯，采用X射线衍射(XRD)研究了制备过程中氧化插层方法及超声波处理对石墨层结构的影响，用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)表征了石墨烯的形貌及片层厚度，并用热分析方法(TG/DTG)研究了石墨烯的热分解过程；同时，在制备石墨层间化合物(GIC)的基础上，得到膨胀石墨(EDG)，利用超声波对碳层的剥离作用制备石墨烯，并对其形貌进行表征。以溶液法和熔融法分别制备了乙烯-醋酸乙烯共聚物/石墨烯复合材料(EVA/GE)和聚烯烃弹性体/膨胀石墨复合材料(POE/EDG)，并对两种复合材料的拉伸性能和电性能进行了评价。研究结果表明：(1)氧化插层反应过程中配合超声处理，有利于石墨碳层的剥离，原位氧化剥离法制备的石墨烯片层厚度为2nm，仅由5~7个碳原子层组成，且碳层上存留较多的含氧基团，导致石墨烯的热失重较多；(2)EDG经酸化、表面改性及超声处理后，可以得到尺寸、厚度均匀的石墨烯，球磨能进一步降低石墨烯的碳层厚度；(3)对石墨烯含量为0.25wt.%、0.50wt.%和1.00wt.%的复合材料的性能研究表明，在添加量较低(<1.00wt.%)的状态下，石墨烯的加入对复合材料的拉伸性能影响较小，同时，由于石墨烯在EVA中呈孤立聚集体分散状态，复合材料的电阻率随用量的增加无明显变化，仍具有较好的绝缘性能；(4)未经改性的EDG在POE中呈现出团聚状态，改性后的EDG在POE中的分散性有所提高，以十二烷基硫酸钠(SDS)改性膨胀石墨(S-EDG)的分散最好，并具有较好的拉伸性能，比较而言，POE/EDG复合材料的体积电阻率较低，与其在局部聚集形成导电通路有关。