石墨烯是当今纳米科学和纳米技术领域研究最为热点的材料之一。由于具有极好的导电、导热和力学性能,石墨烯基纳米复合材料具有广泛的应用前景,而石墨烯/聚合物纳米复合材料则是石墨烯在复合材料领域中最具潜力和最为重要的应用之一。本文以石墨为原料,采用氧化还原法制备出氧化石墨烯(GO)和少层石墨烯(FLG)；然后以FLG和已内酰胺(CL)为主要原料,采用静态浇铸、液态反应挤出和微球模板等不同方法制备了石墨烯/PA6纳米复合材料。通过多种表征手段对纳米复合材料的微观相形态、结晶形态、热性能和力学性能进行了表征。主要的研究内容和结论如下：(1)简要概述了石墨烯的发展历史、分类、基本性质、合成方法、表征手段和应用。综述了石墨烯/聚合物纳米复合材料尤其是石墨烯/PA6纳米复合材料的研究进展、制备工艺和性能,并指出了本文的研究目的和意义。(2)采用改性的Hummers法制备出GO和石墨烯。通过拉曼光谱(Raman spectroscopy)、原子力显微镜(AFM)、高分辨透射电镜(HR-TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FTIR)对所制备的样品进行了表征。结果表明所制备的石墨烯为少层石墨烯(FLG)。(3)采用静态浇铸工艺,利用CL原位聚合方法制备了GO/PA6和FLG/PA6纳米复合材料。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)、凝胶渗透色谱(GPC)和力学性能测试等表征手段比较分析了GO和FLG在PA6基体内的分散、GO和FLG与PA6基体的界面结合、GO和FLG对PA6复合材料结晶行为和力学性能等的影响情况。结果表明：GO与FLG能较均匀的分散在PA6基体中；GO与PA6基体的结合强度要强于FLG与PA6基体的结合强度；FLG和GO的加入均能促进PA6结晶,并加快其结晶速度；FLG和GO的加入可以明显提高PA6的强度；当含量相同时,FLG和GO对PA6基体各性能的影响结果相似。进一步从商业化生产的角度论证了使用未改性石墨烯制备石墨烯／聚合物复合材料比使用改性石墨烯更具优势。(4)以FLG和CL为主要原料,采用液态反应挤出工艺制备了FLG/PA6纳米复合材料。对所制备的样品进行了FE-SEM、TEM、XRD、DSC、TGA、 GPC和力学性能表征。从所制备产品的性能和制备过程是否适合工业化生产等方面对比研究了液态反应挤出工艺与静态浇铸工艺。结果表明：与静态浇铸工艺相比,液态反应挤出工艺可以连续生产,且产物为粒料,便于二次加工,因此更适合工业化生产。(5)以FLG、CL和聚对苯二甲酸丁二醇酯-聚四氢呋喃醚热塑性弹性体(PBT-PTMG)为主要原料,采用液态反应挤出和熔融挤出工艺制备了FLG/PA6/PBT-PTMG纳米复合材料。重点研究了该三元复合材料的微观形貌、热性能和力学性能,分析了FLG和PBT-PTMG的不同含量对复合材料的强度和韧性的协同影响情况,并讨论了增强和增韧的机理。结果表明：适量的FLG和PBT-PTMG的加入,可以使PA6复合材料的强度和韧性达到最佳平衡。(6)采用微球模板法,并辅以超声波细胞粉碎机制备了FLG/PA6微球纳米复合材料。对复合材料的微观相形态、结晶形态和热性能进行了表征,并同时对微球模板法与原位聚合法进行了比较研究。结果表明微球模板法具有的优势包括：石墨烯的含量不受限制、制备工艺简单环保、石墨烯与PA6微球可以实现纳米级别的共混进而使得石墨烯在PA6基体中更容易形成通道等,为进一步研究石墨烯/PA6纳米复合材料的导电和导热性能提供了基础。(7)对全文的内容进行了总结,并指出了本文的主要创新点。