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石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式构成的六边形蜂窝状单原子厚度的二维晶体,由于它在力学、热学、电学、光学等方面的优异性能成为近年来化学、材料科学及物理学领域的研究热点。但是石墨烯表面积大,容易团聚,在普通溶剂和聚合物基体中的分散性较差,极大地限制了其在很多领域的应用。对石墨烯进行表面修饰是解决这一问题的主要途径。本论文以充分发挥石墨烯独特的功能和性能为目的,选用了三种不同的非共价改性方式对石墨烯表面进行修饰,研究了表面修饰石墨烯的结构、微观形貌及其在溶剂中的悬浮分散稳定性,在此基础上制备了石墨烯/聚合物功能复合材料,并对其结构和性能进行了研究。本论文主要分为三个部分：(1)采用苯肼对氧化石墨烯进行还原,并采用溶液浇铸法和层叠热压方法制备了石墨烯/聚偏氟乙烯(PVDF)多层复合材料。研究结果表明：苯肼还原的同时在石墨烯片层上引入了苯基,使其在二甲基乙酰胺(DMAc)中获得了良好的分散性。石墨烯/PVDF复合材料在低频下介电常数随石墨烯含量的增加而迅速提高；当石墨烯的体积分数为0.00177时,100Hz下复合材料的介电常数为340,约为PVDF基体的20倍；当石墨烯的体积分数提高到0.0177时,复合材料的介电常数高达7940。因此,可在获得高介电常数的同时保持PVDF的柔韧性和可加工性,在电磁吸收材料和高储能电容器制造方面具有潜在应用价值。(2)利用超声空化独特的分散、粉碎、引发及活化等多重作用,实现了石墨烯存在下苯乙烯单体的乳液聚合,制备得到了聚苯乙烯(PS)包覆改性的石墨烯(PS-G),并采用溶液共混法制备石墨烯/PS复合材料。研究结果表明：聚苯乙烯与石墨烯具有较强的界面相互作用,黏附在石墨烯片层上的聚苯乙烯可以克服石墨烯片层间的范德华力,减小石墨烯之间的团聚。表面修饰的石墨烯可以均匀分散于甲苯、四氢呋喃,氯仿中。随着PS-G含量的提高,复合薄膜的热稳定性及导电性均得到较大的改善。(3)采用离子液体[甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)]非共价改性石墨烯,并采用溶液共混法制备石墨烯/聚乙烯醇(PVA)复合材料。研究结果表明：DMC在还原的同时对石墨烯表面进行了修饰,DMC修饰石墨烯(DMC-rGO)在水相和PVA溶液中获得良好而稳定的分散。随着DMC-rGO含量的增加,PVA复合薄膜的热稳定性得到大大提高。当DMC-rGO添加量为1.0wt.%时,其最快分解温度从纯PVA的253.62℃提高到353.25℃,提高了100℃。复合薄膜的导电率随石墨烯含量的添加而提高,当含量为2.0vol.%时,导电率从纯PVA为9.05×10-10S/m增加到3.12×10-4S/m,增加了6个数量级。随着DMC-rGO含量的增加,其拉伸强度逐渐提高,当添加量为0.5wt.%时,拉伸强度提高到32.6MPa,较纯PVA薄膜(17.6MPa)提高了85.2%。