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石墨烯作为由sp2杂化碳组成的二维材料，是当前研究得最为深入的材料。这种由碳原子以蜂窝状形式排列而成的单原子厚度的材料是至今最薄，强度最高，模量最高的材料，同时也具有优异的导电性与导热性。从应用的角度考虑，石墨烯无疑比其他纳米结构碳同素异形体更加具有应用前景。将石墨烯以适当的方法引入到聚合物基质中，即使在较低含量下也能显著提高相应聚合物复合材料的物理性质。制备高性能的石墨烯复合材料的主要焦点是提高石墨烯及其石墨烯衍生物在聚合物基质中的分散效果以及增加石墨烯片层与聚合物基质的界面相互作用。在本论文中，为了使石墨烯更为广泛的应用于聚合物复合材料，我们主要致力于石墨烯的功能化改性以制备高性能的复合物材料。主要的研究工作如下所示： (1)基于氧化切割多壁碳纳米管(MWCNTs)的方法制备石墨烯纳米带(GNRs)是解决 MWCNTs较小有效作用面积的简单而有效方法。然而，GNRs在聚合物基质中非常容易发生团聚。随后，采用凯夫拉改性GNRs(KGNRs)能显著提高在聚合物基质中的分散效果。选定聚氯乙烯(PVC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为主体聚合物以研究 KGNRs的增强效果。实验结果表明，KGNRs能很好分散于PVC和PMMA基质中，并显著提高相应复合物薄膜的拉伸强度和杨氏模量。 (2)使用超大的氧化石墨烯片层(UGO)作为基本构筑单元，明胶作为粘接剂，经过真空抽滤自组装和碘化氢还原制备珍珠层状的明胶/石墨烯仿生复合纸具有超高的机械强度，良好的韧性，优异的导电性。当明胶含量为30 wt％(rGUP30)极限拉伸强度达到最大值为~630.5 MPa，同时其具有优异的电导率~42624 S/m。更为显著的是，周期性的“机械退火”能进一步显著提高其机械性质和导电性质。经过100次的弯曲循环后，rGUP30极限拉伸强度高达~902.1 MPa并且其电导率增加至~44780 S/m。