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氧化石墨烯（GO）作为氧化态的石墨烯衍生物,是一种优良的聚合物纳米增强材料。本文通过控制氧化条件,制备了具有不同氧化程度的GO试样,探究了不同氧化程度GO的结构衍变过程。考察了不同氧化程度GO对环氧树脂力学性能、热学性能、流变性能及固化行为的影响,重点研究了GO结构与其对环氧树脂增强效应之间的关系规律。利用结构优化后的GO改性碳纤维增强环氧树脂复合材料,研究了树脂基体中加入GO后对碳纤维复合材料面内及层间力学性能的影响。本文的主要研究内容和成果如下:（1）采用改进的Hummers法,通过控制反应中氧化剂/石墨的比例和氧化时间,制备了五种具有不同氧化程度的GO,分别命名为GO-1、GO-2、GO-3、GO-4、GO-5。借助傅里叶变换红外光谱（FTIR）及X射线光电子能谱（XPS）测试对所制备GO的组成及结构衍变进行了表征,测试结果显示GO-1到GO-5的氧化程度呈上升趋势,表明增加氧化剂/石墨的比例或延长氧化时间有利于提高GO的氧化程度。当GO的氧化程度较低时,GO表面的基团主要是芳香碳C=C、羰基及酚羟基,随着氧化程度的提高,芳香碳C=C、羰基及酚羟基的特征峰逐渐减弱,而醚键、醇羟基和环氧基的吸收峰成为主要特征峰,这说明随着氧化程度的提高,由最初只在石墨边缘氧化产生羰基、羧基和酚羟基,逐渐过渡到石墨面内碳原子开始氧化产生醇羟基,而部分醇羟基可再进一步氧化脱水,生成醚键和环氧键结构。另外,拉曼光谱及动态光散射测试结果表明,随着氧化程度的提高,GO的剥离程度及尺寸也随之提高。（2）利用光学显微镜对不同GO在固化剂异佛尔酮二胺（IPDA）中的分散状态进行观察。结果表明,GO在IPDA中的分散状态与其氧化程度密切相关,氧化程度最低的GO-1和最高的GO-5均出现明显的聚集现象,GO-4在IPDA中的分散状态最佳。另外,FTIR和XPS测试结果证明,GO表面在分散过程中可被IPDA化学改性,这有助于提高GO与环氧树脂基体之间的界面作用。通过差示扫描量热仪（DSC）、流变仪和动态力学分析仪（DMA）测试,研究了不同GO的加入对GO/环氧树脂复合材料固化行为、流变性为和热机械性能的影响。结果表明,由于GO表面存在含有活泼氢的化学基团,能够促进环氧树脂的固化反应,降低初始固化反应温度。同时,GO的加入会使得树脂体系粘度增加并降低环氧树脂的开放时间。对于环氧树脂固化物,加入GO后其储能模量得到了提高,但玻璃化转变温度略有下降。最后,力学性能测试结果表明,GO的加入使环氧树脂基体的拉伸强度、杨氏模量和断裂韧性都有所提升。其中,GO-4的表现出最佳的增强效应,特别是对环氧树脂基体断裂韧性的改善,加入0.2wt%的GO-4可使树脂基体的临界应力强度因子(KIC)和临界能量释放率(GIC)分别提升了56%和128%。（3）以GO-4改性环氧树脂为基体制备碳纤维复合材料,并根据ASTM标准对复合材料的弯曲性能、层间剪切性能及层间断裂韧性进行测试。力学性能测试结果表明,相比未改性的碳纤维/环氧树脂复合材料,树脂基体中加入GO-4（0.2 wt%）改性后,碳纤维复合材料的弯曲强度、层间剪切强度、II型层间断裂韧性分别提高了14%、17%和12%。利用扫描电镜（SEM）对碳纤维复合材料的断裂面进行观察,发现加入GO后碳纤维和环氧树脂之间的界面作用得到了明显增强。