石墨烯及其复合材料是目前材料研究领域的热点。本文以少层石墨烯为研究对象,对其环氧树脂基纳米复合材料的介电性能进行了研究,通过与碳黑/环氧树脂纳米复合材料的比较,探讨了形貌结构对复合材料性能的影响,并与钛酸钡复合制备了低介电损耗的环氧树脂基复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)对石墨烯的结构进行了表征;采用差示扫描量热仪(DSC)研究了纳米复合材料的固化反应动力学参数;采用动态热机械分析(DMA)研究纳米复合材料的力学性能及玻璃化转变温度;采用介电谱研究了纳米复合材料的介电性能。研究结果表明:(1)石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的固化温度与固化反应表观活化能与环氧树脂相近,两种形貌(片状和球形)的纳米碳对环氧树脂基纳米复合材料的作用机理相近;(2)随石墨烯用量的增加,纳米复合材料中石墨烯经历了独立分散、部分连续以及片层相连的形貌结构,而碳黑以团聚体的形式分散在环氧树脂中;(3)石墨烯的二维片层结构更有利于对大分子链段的束缚作用,在较高石墨烯用量下,石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的储能模量和玻璃化转变温度均有所增加;(4)石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的电导率-频率曲线呈现出石墨烯导电网络平台,纳米复合材料在低频时呈现出极高的介电常数和介电损耗,球形结构的碳黑粒子能够在较低用量下形成导电网络;(5)石墨烯/钛酸钡/环氧树脂复合材料的相对介电常数要比碳黑/钛酸钡/环氧树脂复合材料提高了20%,而介电损耗降低了21%。