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作为碳纳米材料家族的新成员,石墨烯因集诸多优异物理性能于一身而为制取高性能化(兼具高强度和优异的热、电性能等)聚合物纳米复合材料提供了一个新选择。然而,为实践该纳米复合材料需解决以下挑战性问题：1)低成本宏量制备高品质石墨烯；2)石墨烯在基体树脂中均匀稳定分散；3)基体树脂-石墨烯间形成强界面相互作用。为回应这三个挑战性问题,本论文工作采用分散/稳定助剂辅助液相剥离法制备石墨烯。这是因为该制备方法在保有普通液相剥离法(LPE)能低成本宏量制备高品质石墨烯优点的同时,可通过使用分散/稳定助剂解决LPE适用溶剂少、超声处理时间长、石墨烯分散液稳定性差等难题。其高效实施的关键在于选用恰当的分散/稳定助剂。在本工作中,单芘基封端聚合物被选为分散/稳定助剂,这基于：1)芘基团能与石墨烯形成强分子间作用,而能与石墨烯产生强分子间作用是选择分散/稳定助剂的首要条件；2)含芘基聚合物(特别是芘基封端聚合物PyPM)相对于含芘基小分子能提供更多的溶剂化作用点,在用量相当时,能更有效地从石墨剥离出石墨烯,所得分散液浓度更高、稳定性更佳；3)有且只有1个芘基团能确保吸附于石墨烯表面的PyPM分子链数最大化,有助于提升分散/稳定助剂对石墨的剥离、分散效能；4)单芘基封端PyPM在后续的聚合物纳米复合材料制备中,可通过“相似相容”提高石墨烯在相应基体树脂PM中的分散质量、增强两者间的界面相互作用。自由基聚合由于具有聚合工艺简单、实施方法多样、适用于几乎所有烯类单体等优点而被选用于实施单芘基封端PyPM的合成。尽管目前尚未有采用该聚合反应直接合成PyPM的研究报道,但引发剂残基位于高分子链端的聚合机理预示：如果能将芘基团引入自由基引发剂,就完全有可能合成出PyPM;如果再采取适当措施在聚合过程中“消除/抑制”链自由基偶合终止反应,就完全有可能进一步合成出单芘基封端PyPM。根据上述思考,本论文开展了如下研究工作：1)含芘基引发剂(PyFRI)的分子设计与合成；2)自由基聚合合成单芘基封端PyPM;3)单芘基封端PyPM辅助LPE制备石墨烯；4)聚合物/石墨烯纳米复合材料制备。取得了如下主要研究结果：1.以商品级引发剂4,4’-偶氮(4-氰基戊酸)和芘甲胺/芘丁醇为原料,经酰胺化/酯化反应成功合成了两种新型含芘基引发剂PyFRI-A和PyFRI-B；2.以PyFRI-A为引发剂,成功实现了苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯(MMA)的自由基聚合；在苯乙烯聚合体系中,通过引入链转移剂十二烷基硫醇(DDT)可实现对自由基偶合终止反应的“抑制/消除”,通过调配单体、PyFRI-A和DDT用量可实现不同数均分子量(Mn)单芘基封端PyPS的可控合成；在MMA聚合体系中,通过提高聚合反应温度至85℃可实现自由基歧化反应占绝对支配地位,在该聚合反应温度下,通过调配单体与PyFRI一A用量可实现不同Mn单芘基封端PyPMMA的可控合成；3.以单芘基封端PyPM为分散/稳定助剂,成功实现了在低沸点、非LPE良溶剂氯仿中采用LPE法制取石墨烯；以单芘基封端PyPS为分散/稳定助剂时,可实现单位芘基团最大石墨烯制备量(CG,mol)5965 g·mol-1；以单芘基封端PyPMMA为分散/稳定助剂时,可实现CG，mol=5892 g·mol-1；4.以单芘基封端PyPM为分散/稳定助剂,成功实现了将普通LPE法制备的石墨烯重新分散于低沸点、非LPE良溶剂氯仿中；以单芘基封端PyPS为分散/稳定助剂时,可实现单位芘基团最大石墨烯分散量(CG,mol)18.6×104g·mol-1；以单芘基封端PyPMMA为分散/稳定助剂时,可实现CG,mol=8.7×10.g·mol-1；5.在单芘基封端PyPS存在条件下,石墨烯用量为1.0 wt%的PS基纳米复合材料相对纯PS实现了拉伸强度提高57%、拉伸模量提高48%、起始分解温度(Tinit)延后27℃,PS基纳米复合材料的导电逾渗阂值为0.73 wt%；在单芘基封端PyPMMA存在条件下,石墨烯用量为1.0 wt%的PMMA基纳米复合材料相对纯PMM A实现了拉伸强度提高66%、拉伸模量提高76%、起始分解温度(Tinit)延后30℃,PMMA基纳米复合材料的导电逾渗阈值为0.47 wt%。总结而言,本论文工作为最终实现制取高性能聚合物/石墨烯纳米复合材料的目标,发展了一种低成本宏量制备高品质石墨烯的方法,即单芘基封端PyPM辅助液相剥离法。工作实施的关键在于发展一种新型含芘基引发剂PyFRI,并据此实现自由基聚合合成不同的PyPM。这种以石墨烯具体应用为指导的分散/稳定助剂设计合成理念,为实现石墨烯制备与应用的有机衔接提供了一种新思路。