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石墨烯，作为一种具有独特二维晶体结构的新型无机纳米材料，因其优异的力学、电学、热学和光学性能，成为材料科学、化学及物理学的研究热点，并广泛应用于传感器、电子器件和复合材料等领域。然而，石墨烯在聚合物基体中较差的分散性及其与基体较弱的界面作用力极大地限制了它对复合材料性能的提升。针对以上问题，本论文采用共价改性对石墨烯进行表面修饰，并制备了功能化石墨烯/聚合物复合材料。具体研究内容如下：（1）采用原位自由基聚合的方法，以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）对液相超声剥离的石墨烯进行表面改性，并以改性后的石墨烯（GPMMA）作为添加剂，制备了石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料。红外（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱（Raman）等测试证明了石墨烯与聚甲基丙烯酸甲酯的共价结合，并利用透射电镜（TEM）对功能化石墨烯的表面形貌进行了表征。拉伸测试结果表明复合材料的杨氏模量和断裂强度均显著提高，其中当GPMMA的添加量为0.5wt%时，其杨氏模量和断裂强度分别提高151%和115%。同时通过对复合材料拉伸断面的表征证实了GPMMA在聚合物基体中具有良好的分散性和较强的界面作用力。此外，复合材料的热稳定性也明显提高。（2）基于氧化切割多壁碳纳米管（MWNT）制备氧化石墨烯纳米带（GONR）的方法，采用原位自由基聚合对氧化石墨烯纳米带进行共价修饰，制备了表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯的氧化石墨烯纳米带（GONR-P），并以GONR-P为填料制备了聚合物复合材料。以X射线衍射（XRD）等多种测试证明了聚甲基丙烯酸甲酯成功地接枝到GONR表面。GONR-P在有机溶剂及聚合物基体中呈现了良好的分散性。拉伸测试表明，GONR-P对聚甲基丙烯酸甲酯具有优异的机械性能增强效果，复合材料的杨氏模量和断裂强度均有大幅度提高。此外，相比于GONR和表面改性的多壁碳纳米管，GONR-P对聚合物材料具有更为优异的增强效果。