石墨烯具有独特的二维结构和优异的电学、力学以及热学性能等,在复合材料领域具有良好的应用前景。本课题基于化学法制备氧化石墨烯(GO),研究了石墨片原料尺寸、氧化工艺对GO形貌结构和含氧量的作用；采用溶液共混法,制备了氧化石墨烯／聚乙烯醇(GO/PVA)复合薄膜材料,研究了其成分、微观结构、化学键合和力学性能之间的关系；进一步利用冷冻干燥法制备了三维GO/PVA泡沫,及其热还原GO/PVA (r-GO/PVA)材料,研究了成分比对其微观孔结构、力学稳定性以及电性能的作用,初步探讨了其在锂电池方面的应用。对于GO材料,其片层形貌依赖于原料尺寸和氧化工艺,随着氧化时间的延长,大尺寸石墨片中逐渐出现“褶皱”和“破碎”的现象,伴随其层间距不断增大,氧含量不断提高。对于GO/PVA复合薄膜材料,GO可在PVA基体中形成良好的分散,二者之间通过氢键结合。GO的添加(<1 wt%)可显著提高PVA材料的力学性能。GO/PVA的力学性能强烈受到含水量的影响,水分子可以通过打破原PVA和GO之间的强的氢键结合,形成水-GO,水-PVA和水-水之间的较弱氢键组合；力学试验表明随含水量下降,材料强度和模量提高,且断裂机制由韧性断裂转变为脆性断裂。对于三维GO/PVA泡沫材料和还原后的r-GO/PVA泡沫,表现出良好的结构稳定性,通过调节成分比,可对其孔径进行调控,并获得优良的综合性能(力学性能和导电性)。首次将其应用于锂离子电池的负极,首次放电容量达776mAh/g,高于石墨的理论可逆容量,100次循环后电容量约为130mAh/g。