石墨烯于2004年由英国曼彻斯特大学的Geim教授等首先获得,它是由单层碳原子组成的二维蜂窝状结构。自被发现以来,石墨烯便引起了各国科学家的极大关注,特别是在材料科学和凝聚态物理领域,更是目前最受瞩目的前沿和热点。石墨烯的这种独特结构使得他在很多领域都具有潜在的应用。然而,目前还缺乏大量制备可加工处理的石墨烯材料的有效方法,这就妨碍了新材料在各方面的应用。类似于碳纳米管,为了制备可加工处理石墨烯材料急需克服的问题就是如何防止石墨烯材料团聚。本论文围绕石墨烯材料领域的研究热点,以石墨烯氧化物为前驱体,从可加工处理的石墨烯材料合成及应用入手,探索了石墨烯材料的分散情况以及在复合材料力学增强方面的应用。具体主要包括以下几方面内容:　　 (1)合成了离子液体修饰的石墨烯材料:通过共价作用,以石墨烯氧化物为前驱体,首次将离子液体接枝到了石墨烯上,所得到的石墨烯材料可以很好地分散在水以及一些有机溶剂中,解决了目前石墨烯容易聚集不易加工的难题,也解决了化学法得到的石墨烯材料难以溶解在有机相中的难题,得到了可加工的多分散性的石墨烯材料。利用石墨烯和离子液体两者的独特性质,可以进一步拓展离子液体修饰石墨烯材料的应用,比如说将得到的石墨烯材料修饰到电极表面制备相应修饰电极来研究石墨烯材料的电催化性质。　　 (2)作为一种力学性能的增强剂:通过共价作用,石墨烯材料被扩展到了硅胶材料中,得到了功能化石墨烯增强的新型硅胶材料。实验中先以石墨烯氧化物为前驱体利用共价方式将氨基硅烷接枝到石墨烯上,得到了既可以分散在水中又可以分散在某些有机溶剂中的氨基硅烷修饰的石墨烯材料,然后通过溶胶凝胶的方法得到了氨基硅烷功能化石墨烯-硅胶纳米结构复合材料。石墨烯在复合材料中分散均匀并且界面相互作用强,因此复合材料的力学性能也得到了显著的提高。　　 (3)石墨烯增强的环氧树脂纳米复合材料:以石墨烯氧化物为前驱体,利用两相萃取的方法得到了化学修饰石墨烯增强的环氧树脂纳米复合材料。实验中先以两相萃取的方法将石墨烯氧化物均相分散到环氧树脂中,然后用胺类固化剂加热固化后得到相应的纳米复合材料。该环氧树脂纳米复合材料相比纯的环氧树脂材料力学性能有了很大的提高。此外,石墨烯材料在环氧树脂中的含量通过萃取时所需的石墨烯氧化物水溶液的体积就可以方便地进行调节。　　 (4)合成了共轭聚电解质修饰的石墨烯基复合材料:实验中先将水溶性的聚电解质与水溶性的石墨烯氧化物均匀混合,然后再以水合肼还原石墨烯氧化物,最后聚电解质以π-π堆积的方式修饰到了石墨烯片层上,所得到的石墨烯材料可以长期稳定存在,而且依然表现出较高的导电性。基于聚电解质本身的光电子特性,所得到的石墨烯材料将有可能用于发展新型的光电及气敏器件。