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石墨烯是一种新型填料，可以改善聚合物的性能。石墨烯在聚合物中的分散是制备石墨烯/聚合物复合材料的关键问题。氧化石墨烯（GO）及通过对GO改性和还原等方法制备的石墨烯衍生物能够有效的解决石墨烯在基体中的分散问题。GO是石墨烯的重要衍生物，其片层表面具有多种含氧官能团，因此能在水和其它极性有机溶剂中分散。本文通过改良的Hummers方法制备了氧化石墨烯，采用溶液共混制备了GO/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVM）复合材料和还原氧化石墨烯（rGO）/氟橡胶（FKM）复合材料，采用熔融共混制备了尼龙6（PA6）/GO/聚苯乙烯（PS）复合材料，原位聚合的方法制备了GO/苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物（P(St-co-BMA)）复合材料。研究复合材料中石墨烯的分散状态以及石墨烯对复合材料的力学、热学、导热、介电和吸波等性能的影响。具体研究内容主要有：GO通过Hummers方法制备。采用溶液共混的方法制备GO/EVM复合材料。扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）结果表明GO在EVM中以单片层形式均匀分散。利用Halpin-Tsai模型进一步研究GO在EVM中的分散状态，结果表明GO在EVM中无规分散。添加GO后，GO/EVM复合材料的力学性能明显提高。当GO含量为1份时，GO/EVM的拉伸强度为22.8MPa，300%处定伸应力为4.8MPa。EVM/GO复合材料的热稳定性与EVM相比略有提高。通过原位热溶液还原的方法在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中制备rGO/FKM复合材料。利用X射线光电子能谱（XPS）、紫外吸收光谱和红外吸收光谱研究GO的还原。SEM和XRD结果表明，原位还原有利于rGO在FKM中的分散。研究了复合材料的力学、导热、介电和吸波性能等。GO和rGO都是良好的补强填料，添加GO和rGO后FKM的力学性能有所改善。rGO/FKM（5phr）在10-1Hz频率下的介电常数由FKM的8.1增加到26.4。rGO/FKM的导热和吸波性能与FKM相比都有提高。GO具有良好的两亲性，能够作为一种表面活性剂。利用GO的这种性质增容尼龙6（PA6）/聚苯乙烯（PS）（80/20）共混物材料。SEM照片结果表明，添加GO后，PS相的粒径明显变小，GO分散在PA6与PS的界面处。即GO能够有效增容PA6与PS，DMA测试结果进一步证明了该结论。GO的添加有效提高了共混物材料的力学性能。GO添加量为0.1wt%时，PA6/GO/PS的断裂伸长率与PA6/PS相比增加了270%，断裂能增加了近340%。采用原位乳液聚合的方法制备了GO/P(St-co-BMA)复合材料，用水合肼将GO原位还原制备了rGO/P(St-co-BMA)复合材料，并对其结构及性能进行表征。结果表明：添加GO后，GO/P(St-co-BMA)的玻璃化转变温度（Tg）低于P(St-co-BMA)。GO的还原对复合材料的Tg影响很小。rGO/P(St-co-BMA)的起始热分解温度（失重5%时的温度）远高于P(St-co-BMA)或GO/P(St-co-BMA)。添加GO或rGO后复合材料的力学性能明显提高。GO的还原能够进一步改善复合材料的力学性能。