自从2004年英国曼彻施特大学的两位科学家首次在实验室中制备了少量的单层石墨烯以来，这种堪称全世界最薄的材料立刻引起了全世界的关注。由于石墨烯材料结构的特殊性，使其拥有了高的导电性、高的导热系数、、高强度和高的透明度等，是一种在未来十分具有发展前景的材料，因此引发了对于这种材料的结构、性能、制备以及其复合材料制备与表征的一些研究方向，涉及到的学科包括物理、化学、生物、材料学、光学等。优异的性能为其在很多领域的应用提供了广泛的设想，本文主要致力于石墨烯以及石墨烯复合材料的制备，并且着重考察了石墨烯与天然橡胶组成的复合材料的热学性能和机械性能。对于石墨烯的制备在世界范围内主要有微机械剥离法、氧化还原法、渗碳法以及CVD化学沉积法等，其中氧化还原法相对于其他方法而言具有产量高、易于操作等优点，本文中使用的正是Hummers法制备氧化石墨烯的工艺，通过设定不同的投料比和控制反映实践来得到最佳的反应方案，然后用到了水合肼化学还原法和高温还原法来进行氧化石墨烯的还原，最终得到石墨烯的样品，并通过红外光谱(FTIR）、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等方法进行表征。通过原位生成法在石墨烯的表面加载Zn(OH)2和ZnO的纳米颗粒，制备出了石墨烯/无机纳米粒子的复合材料，并通过红外光谱、透射电镜（TEM)、热失重(TG)等现代分析测试技术进行样品的表征。通过乳液共混法和机械共混法将多层石墨烯（Multi-layer Graphene)和单层石墨烯(Single-layer Graphene)分别填充到天然胶乳和天然橡胶的固体中，通过控制石墨烯的填充量分别得到四个系列的样品，经过激光导热仪(FLA)、拉伸试验等试验方法对样品的导热系数和机械性能进行了表征。表征结果表明：经过Hummers氧化还原法成功制备的单层石墨烯样品；运用原位生成法成功地将Zn(OH)2和ZnO的纳米颗粒加载到了石墨烯的表面，纳米颗粒的尺寸约为30nm，完全符合纳米材料的标准；通过乳液混合制备的石墨烯/天然橡胶样品的导热系数比通过机械共混法制备的石墨烯/天然橡胶样品的导热系数更好，并且同等添加份数的情况下单层石墨烯在导热系数提升的能力略优于多层石墨烯，对于强度的提升也优于多层石墨烯，但是对于韧性的牺牲比较大。