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石墨烯具有优良的力学性能、导电性能以及大的比表面积和优异的吸附性能等特性,在聚合物纳米复合材料材料领域有着广泛的应用价值。本文采用化学氧化的方法大规模制备在室温下可以稳定存在的完全剥离的氧化石墨烯(GO)固体粉末,在氩气氛围下高温还原为热还原的石墨烯(TRG),然后以热还原的石墨烯为基础,采用不同的复合方法来制备石墨烯基聚合物纳米复合材料,并对复合材料的力学、热力学、结晶行为、气体阻隔、表面疏水等性能进行了一系列的研究。主要工作如下：(1)热还原石墨烯的简易快速制备。通过控制不同还原温度和时间制备了16组不同还原程度的石墨烯样品,用红外光谱,拉曼光谱,X射线衍射,热失重分析,表面光电子能谱分析,表面电阻率测试研究了石墨烯结构与性能的关系,借助高分辨率的透射电镜,扫描电镜,和原子力显微镜可以清晰的分辨出还原后的石墨烯表面褶皱和缺陷,拉曼光谱显示热还原石墨烯上D带峰面积与G带峰面积的比值ID/IG为1.82,相比化学还原的石墨烯(CRG)上ID/IG的2.23要低,可知热还原石墨烯碳平面上晶格的还原程度明显增强,其中TRG1050℃下还原40min的电阻率最低为0.073Ω·cm与天然鳞片石墨为0.00515Ω·cm仅相差一个数量级,证明了实验采用的短时间内快速升温的方式增加石墨烯的石墨化程度,且热稳定性得到增强。另外通过透射电镜和扫描电子显微镜观察单层石墨烯在纳米级尺寸范围的长径比提高数倍,表面的褶皱数量增多,这更有利于石墨烯在液相中或聚合物基体内保持最稳定的化学状态,这对于制备具有特殊功能应用的石墨烯/聚合物复合材料具有重要意义。(2)原位聚合法制备石墨烯增强尼龙6复合材料的研究。采用氧化石墨烯为原料,通过氧化石墨烯在聚合物单体熔融状态下参与聚合反应制备出不同重量百分比的石墨烯/尼龙6复合材料。力学性能测试结果表明石墨烯依靠其自身较高的比强度和比模量以及接枝在表面的分子链在聚合物基体中形成有效的物理交联点,能很好地吸收和传递外部的负载,从而迅速提升复合材料的强度和模量。热重分析能粗略判断不同组分含量的石墨烯/尼龙6复合物中高分子链在石墨烯表面的接枝率高低。而晶面衍射显示尼龙6具有典型的双重峰,随着石墨烯加入量的增加能诱导尼龙晶区晶格由较低的晶面指数向较高地晶面指数转变。(3)通过液相复合的方法制备了不同组分含量的热还原石墨烯(TRG)/聚乙烯乙基醇(EVOH)复合材料,TRG经过高温快速热还原后能很好地分散在有机溶剂中,并通过其分子平面少量的含氧官能团与EVOH高分子链上大量的羟基通过氢键连接,使石墨烯在聚合物基体中达到分子水平的分散。力学测试表明,石墨烯在EVOH基体中4.0wt%的重量百分比可以完成相对于纯组分基体280%的拉伸强度和400%的模量增长。这样的复合薄膜依靠较低的表面自由能(-40.5mJ/m)具备较好的表面疏水性能(CA119°),较高的玻璃化转变温度和热分解温度,以及优异的气体阻隔性能(0.5wt%含量的使TRG/EVOH功能薄膜对氧气分子的阻隔性能提高了近2400倍)使其有希望在食品保鲜和临床药物包装上得到广泛应用。(4)热还原石墨烯/聚乙烯醇复合材料的制备及应用研究。采用液相复合的办法制备了一系列不同组分含量的热还原石墨烯(TRG)/聚乙烯醇(PVA)复合材料.我们知道聚乙烯醇与前面的聚乙基乙烯醇的化学结构相似,其分子链末端具有更丰富的羟基,因此极容易吸潮而降低其机械性能和热稳定性。然而纯的聚乙烯醇作为功能薄膜材料在气体阻隔性和表面疏水性方面的性能却不尽如人意。我们选取二维的单原子层厚度的石墨烯具备极大的比表面积,机械模量,热稳定性,以及在高分子基体内形成对气体分子形成的“弯曲通道”效应和在高分子表面对水分子良好的非浸润性等一系列优点为人们所熟知,实验结果发现TRG很好的分散在聚合物基体中形成兼具了优良的气体阻隔性,防水滴渗透性,优异的热稳定性和热机械性能的复合材料。通过气体渗透仪,光学接触角仪等一系列的表征测试深入探讨了石墨烯/PVA这种纳米复合材料作为功能阻隔性包装材料在延长食物的使用寿命上的应用前景。