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碳纳米材料泛指那些特殊物理化学性质严重依赖于材料本身的纳米尺寸的碳族材料。碳材料同聚合物的复合材料一直受到广泛的关注。本文重点探索了石墨烯/橡胶纳米复合材料以及富勒烯/橡胶纳米复合材料的制备方法，并对两种复合材料的性能进行了研究。具体研究内容及结果如下: (1)利用Hummers法制备了C/O比值在2.1左右的氧化石墨，然后将其在THF中剥离成氧化石墨烯(GO)，并以制备的GO为填料，通过溶液法制备了GO/溶聚丁苯橡胶(SSBR)纳米复合材料。研究发现，GO在THF中分散性有限，GO同SSBR基体界面作用较弱，不利于应力在SSBR基体中传播，因此直接利用GO作为填料在SSBR橡胶中起到的补强作用有限。 (2)利用十二烷基胺(DDA)对GO进行改性，成功制备得到十二烷基胺改性的氧化石墨烯(DDA-GO)，有效改善了GO在THF中的分散性。然后利用溶液法制备了DDA-GO/SSBR纳米复合材料。研究发现，当加入的DDA-GO质量分数提高到4wt％后，复合材料的力学性能显著提高，比如其拉伸强度由2.6MPa提高至6.6MPa，300％定伸提高了92％断裂伸长率提高了约45％，补强效果明显优于未改性的GO。 (3)制备了C60/NR纳米复合材料，利用C60捕捉橡胶老化过程中产生的自由基，以达到防止橡胶老化的效果。本论文对C60/NR纳米复合材料老化前后的力学性能进行了对比，以探究C60在橡胶中的防老效果。核磁交联密度、DSC等多种表征手段均发现C60在NR硫化过程中同硫磺产生的自由基发生了反应，形成了更多的交联点，使NR的交联密度明显升高。同时，以老化前后100％定伸(Mgi100/M100)的比值以及300％定伸(Magi300/M300)的比值来表示其抗老化性能，发现Magi100/M100和Magi300/M300均随着C60加入量的增加而减小，优于不使用防老剂和C60的对照组，说明C60在NR老化过程中起到了一定程度的抗老化效果。