铜具有高导电、高韧性和高导热的优点,因而在锂离子电池负极集电器和电子封装引线框架等领域有着广泛的应用前景,但是较低的强度使其在以上应用中受限,而铜基复合材料具有优异的强度,可以取代铜应用于多个领域。石墨烯作为一种优异的增强体在铜基复合材料中得到了广泛研究,传统石墨烯/铜复合材料的石墨烯往往为随机分布的结构,这种结构在提高复合材料强度的同时通常会带来韧塑性的降低,并且石墨烯添加量的提高不可避免的带来团聚现象,导致强韧性的降低,而层状结构的出现为此提供了有效的解决方法。本文采用逐层电沉积工艺制备了综合强韧性的层状石墨烯/铜复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）和微小力学拉伸试验机等对层状石墨烯/铜复合材料进行了形貌、结构表征和拉伸性能测试,讨论了石墨烯的电沉积时间和复合材料层数对复合材料力学性能的影响,结合分子动力学模拟研究层状复合材料的增强增韧机理以及界面结合强度和石墨烯连续性对复合材料力学性能的影响。研究结果表明,逐层电沉积工艺实现了石墨烯在铜基体中的定向层状分布,通过提高层数实现了有序石墨烯的含量逐渐提升而不团聚的效果。随着石墨烯的电沉积时间的增加,石墨烯的分布连续性和层层堆叠程度逐渐增加,复合材料的强度呈现先上升后降低的趋势。结合分子动力学模拟可知,石墨烯分布连续性的增加提高了铜基体中的位错密度和应力,铜基体的抗变形能力和复合材料的强度随之增大;而多层堆叠石墨烯与铜基体的界面结合强度较弱,并且在拉伸过程中会形成明显的界面孔洞和石墨烯层间剪切,导致复合材料强度的降低。随着层数的增加,复合材料中的石墨烯含量也随之增加,并且在提高强度的同时保持了与纯铜相当的韧性。分子动力学模拟表明,层状复合材料中石墨烯将位错运动限制在层间,位错塞积效应明显,复合材料强度提高;同时层状石墨烯的存在通过对裂纹尖端的“限域效应”提高了复合材料的韧性。此外,本文通过分子动力学模拟探究了高界面结合强度以及石墨烯连续性对复合材料力学性能的影响:高界面结合强度提高了应力传递效率,有利于石墨烯/铜复合材料强度的提高和裂纹尖端的钝化;连续石墨烯具有超高的增强效果,可用于有高强度材料需求的应用场景。