石墨烯具有独特的电子特性和物理性质，作为聚合物纳米填料，石墨烯具有非常高的增强效率和效应，同时还可赋予复合材料功能特性。但聚合物/石墨烯复合材料的制备主要受限于石墨烯的宏量制备，石墨烯在聚合物中均匀分散，聚合物-石墨烯界面结构设计，以及缺乏对构效关系的认识。基于这一现状，作者开展了石墨烯的修饰及相关聚合物/石墨烯复合材料的研究，主要内容如下。（1）通过乳液共混和原位界面裁剪，设计和制备了具有氢键界面或离子键/氢键界面结构的丁苯吡橡胶（VPR）/GO复合材料。详细研究了界面结构对复合材料性能的影响。对比氢键界面结构的复合材料，离子键界面结构的复合材料具有更优异的力学性能和气体阻隔性，这是因为在复合材料中离子键结构的界面作用更强且GO均匀更均匀。（2）采用常用、廉价的染料和荧光增白剂为改性剂，通过非共价键修饰石墨烯，制备了在水中以高浓度稳定分散的单层石墨烯。改性剂分子通过π-π和阳离子-π吸附到石墨烯片上，从而阻止石墨烯的团聚。以聚乙烯醇（PVA）和壳聚糖（CS）为模型聚合物，制备了相应的聚合物/石墨烯复合材料。加入少量石墨烯，复合材料的拉伸强度、拉伸模量和韧性都同时大幅度提高，这是由于石墨烯均匀分散在复合材料中，且平行于样品表面排列，另外改性剂分子有效提高了石墨烯-聚合物界面结合。（3）通过非共价键改性策略，在石墨烯表面引入离子对，制备了在室温和无溶剂情况下均匀分散和具有流体性质的石墨烯离子材料（G-NIM）。G-NIM以单片层石墨烯为核，非共价键改性为晕层，柔性分子聚醚胺为壳三部分组成，聚醚胺通过离子键连接并均匀包覆在石墨烯表面。G-NIM具有两亲性，在多种溶剂中呈现稳定和超高浓度分散（浓度高达500mg/ml）。（4）以生物来源的单体为原料，采用缩聚反应合成了以羟基封端的生物基聚酯（BE）。利用简单有效的溶剂交换法制备了在多种有机溶剂中呈稳定单层分散的GO分散液。通过GO边缘的羧基与BE端羟基之间的酯化反应，将BE接枝到石墨烯上制备了BE/石墨烯复合材料。由于BE分子链可以连接不同石墨烯片层，有利于石墨烯相互搭接形成导通网络，因此复合材料的电导率和热导率同时显著提升。（5）以气相增长碳纳米纤维（VGCF）为石墨烯的纳米稳定粒子，制备了在NMP中稳定分散的VGCF-G杂化填料。VGCF通过π-π作用吸附在石墨烯片层上，阻止石墨烯团聚；同时二维石墨烯片层作为VGCF载体，减少VGCF的缠结。在VGCF-G填充的复合材料（BE/VGCF-G）中，VGCF和石墨烯都均匀分散，且VGCF-BE界面作用明显增强。对比BE/VGCF复合材料，VGCF-G对提高复合材料的力学性能和导电率有显著的协同效应，而且BE/VGCF-G复合材料有更优异的电驱动和红外驱动形状记忆行为。（6）从特定的基团相互作用出发，利用单宁酸修饰的石墨烯（TAG）与埃洛石纳米管（HNTs）之间的氢键和配位作用，制备了HNTs-TAG杂化填料。通过胶乳共混法，将杂化填料与丁苯橡胶（SBR）胶乳复合制备SBR/HNTs-TAG复合材料。杂化填料在SBR中互相搭接形成完善稳定的3D填料网络结构。完善的填料网络可以有效“包埋”橡胶分子，增加流体力学体积效应；同时TAG的加入促进HNTs在基体中均匀分散，同时增强了HNTs与SBR的界面作用，因此杂化填料对SBR具有显著的协同增强效应。