石墨烯（Graphene）是近些年发展起来的一种新型二维层状纳米材料，具有优异的物理性能，是当前国内外的研究热点之一，受到材料、化学、物理、生物、能源、电子和信息技术等领域的广泛关注。特别地，石墨烯具有突出的力学、出色的导热和导电性能，是制备聚合物纳米复合材料的理想填料之一。然而，由于高比表面积和范德华力作用，石墨烯在聚合物中易团聚且与基体的界面质量较差，这些因素制约了高性能石墨烯/聚合物复合材料的制备。因此，如何将石墨烯有效地分散到聚合物基体中以及构筑石墨烯与聚合物基体良好的界面质量一直是科学界以及工业界亟待解决的难题。　　本文利用不同的分散石墨烯的方法，得到不同分散状态的石墨烯/聚合物复合材料，首先研究了石墨烯的分散性对聚合物力学以及热学性能的影响;其次，通过采用石墨烯（包括氧化石墨烯）表面改性的方法，实现了石墨烯在聚合物基体中的良好分散以及与基体间的界面结构的调控;此外，还对石墨烯增强/增韧聚合物的机理进行了研究。具体研究内容及结果详述如下:　　1.通过采用不同的制备方法（溶液法和机械球磨法），构筑了两种不同分散状的热还原石墨烯(TRGO)/环氧树脂纳米复合材料，研究了石墨烯分散状态对材料各种性能（包括力学、热学和导电性能）的影响;结果显示:与分散差的石墨烯相比较，分散良好的石墨烯更有利于提高复合材料的导电、玻璃化温度、强度、断裂韧性等性能。此外，还对石墨烯增强增韧环氧树脂的机理进行了探索，发现石墨烯与基体之间的脱粘以及在裂纹尖端的桥联应该是石墨烯增韧环氧树脂的主要原因。可见，石墨烯的分散性对复合材料的性能至关重要，是实现制备高性能多功能聚合物纳米复合材料的必要前提。　　2.为了改善石墨烯在聚合物中分散稳定性与界面质量，我们采用双亲的表面活性剂对石墨烯进行处理:表面活性剂亲油端能够吸附在石墨烯表面，亲水端可增加石墨烯与环氧基体的相容性，实现了石墨烯在环氧树脂中分散稳定性，同时环氧基体与石墨烯的界面也得到了显著地改善。该方法简便、有效，双亲的表面活性剂起到了联接石墨烯与聚合物基体“桥梁”的作用，这也更加利于应力的有效传递，大幅度提高了复合材料的拉伸强度和断裂韧性。　　3.相比较于TRGO，氧化石墨烯(GO)不但具有易制备、廉价优点，而且其表面富含有氧化基团，如羧基、羟基以及环氧基等。对GO进行表面接枝改性已经有大量的报道，但很多接校改性方法比较繁琐复杂，制备的条件也较为苛刻，且成本较高，这些都不利于大规模制备与应用。我们采用了一种相对简便、价格低廉的制备方法来表面改性GO:利用环氧聚合物分子对GO进行共价键接枝，这不仅有效地剥离GO，而且提高GO在树脂基体中的相容性，接枝在GO表面的环氧分子与环氧基体在固化的过程中可以形成共价键，从而充分发挥GO的优异性能;因此，改性后的GO/环氧树脂复合材料具有优异的力学以及热学性能。　　4.我们还采用采用硅烷偶联剂(KH560)对GO进行表面改性，一端水解产生硅羟基能与GO表面的羟基进行反应，另一端含有环氧基团，能够促进GO与环氧基体的相容性，改善GO与基体间的界面。改性后的GO对环氧树脂的储能模量、热稳定性、玻璃化转变温度以及力学性能（包括拉伸、弯曲性能以及断裂韧性）都有明显改善，此外，对石墨烯增韧环氧树脂的机理研究发现，石墨烯片在裂纹尖端的“桥联”、裂纹钉扎与偏转以及由于石墨烯片与片之间以及石墨烯片与基体之间的脱所造成的基体塑性形变，这些应该是石墨烯提高环氧树脂韧性的主要原因。