石墨烯作为单层碳原子堆积而成的二维纳米材料,基于它特殊的结构,因而具有优异的导电性能、阻隔效果、机械性能、光学性能以及热稳定性等。石墨烯在材料、物理、化学以及能源催化等领域被广泛研究。但是,石墨烯片层由于本身较大的比表面积以及片层间强大的范德华力,使其非常容易发生团聚。石墨烯表面化学反应惰性,使其与分散介质相容性较差,从而使材料难以稳定分散。因此,如何有效的分散这类具有大π结构的二维平面材料,如何抑制石墨烯在分散介质中的团聚,如何优化石墨烯片层与特殊分散介质中的界面相容性,成为石墨烯研究领域的热点问题。本论文针对这些问题,从不同的角度出发,增强石墨烯的分散性以及提高石墨烯与基体材料间相互作用。利用化学和非化学修饰方法,对石墨烯表面进行改性,并对改性石墨烯的性能进行了详细的研究。随后,利用改性石墨烯制备了一系列复合材料,并应用于抗腐蚀涂层与柔性导电膜。通过将支化烷基链引入到含有π共轭结构的离子型分子中,降低了离子型分子的熔点,得到了含支化烷基链的光致发光室温离子液体。这类离子液体玻璃化转化温度低于-19℃,热分解温度大于300 ℃,能降低水的表面张力至30.4 mN·m-1,可形成非对称疏水-亲水-疏水的聚集结构。该类离子液体在溶液中可以通过π-π堆积以及疏水相互作用,对含有π结构的客体分子富勒烯产生良好的增溶效果。这项研究将对拓宽其它碳材料的改性,制备离子液体/碳材料复合物有指导意义。利用含π共轭结构的新型离子液体,对石墨烯进行改性,并得到了离子液体/石墨烯复合材料,制备了新型防护涂层。改性石墨烯可以被稳定的分散在有机溶剂中,例如氯仿、甲苯、石油醚等溶剂中。Zeta电势在所测试浓度范围内高于25 mV。改性石墨烯可在有机溶剂中呈单片层分散,片层大小达到3-5μm,厚度只有2 nm。将稳定分散的复合物溶液,直接旋涂于金属表面,制备了厚度为5 μm的防护涂层。涂层表面均匀致密,由层层有序结构堆积而成,该涂层与金属有较好的粘接效果,可随金属弯曲且不易脱落。电腐蚀化学结果显示,涂层的腐蚀电压为54mV,腐蚀电流为4μA/cm2,结合电化学阻抗结果可知,有序密堆积的离子液体/石墨烯复合物具有显著的抗腐蚀效果。这类新型复合物的制备,丰富了离子液体改性石墨烯的方法,拓宽了石墨烯在保护涂层领域的应用。利用3-氨丙基三乙氧基硅烷对石墨烯进行共价键改性。硅烷改性石墨烯与其它硅烷单体进行原位共聚,得到了一系列新型石墨烯/硅树脂复合材料。改性石墨烯热稳定性高于氧化石墨烯,改性石墨烯的片层层间距为0.87 nm,高于石墨烯的片层层间距0.72 nm,在有机溶剂中(氯仿、乙醇、丙酮等)的分散性明显增强。复合材料的热稳定性高于硅树脂,玻璃化转化温度比相应的硅树脂高3-5 ℃。石墨烯/硅树脂复合材料制备的涂层,具有优良的透光率(85%)、疏水性(水滴接触角>90°)。在电化学腐蚀测试中,复合材料涂层腐蚀电压为223.9 mV,腐蚀电流降低至0.13 μA/cm2,对金属的保护效率可达93.16%。石墨烯片层的引入可以提高硅树脂基复合材料的抗腐蚀效果,提出了石墨烯复合硅树脂的阻隔抗腐蚀机理。利用苯基硅烷对石墨烯进行改性,制备了一系列含改性石墨烯的柔性自支撑膜,研究了柔性自支撑膜的可折叠性与导电性。苯基硅烷单体是通过Π-Π相互作用与石墨烯结合,进入石墨烯片层中间,并能辅助分散氧化石墨烯形成稳定、均匀的分散液。从原子力显微镜结果中可以得到,改性石墨烯片层大小为0.7μm,片层厚度为4nm。改性石墨烯层间距由0.72nm增大至1.12nm。通过定向外力驱动的方法,制备了具有有序结构的柔性自支撑膜,可通过原料液的浓度和用量调控柔性膜有序结构的厚度,在承受外力时,该柔性膜材料片层内部发生褶皱与弯曲,材料本身的导电性不受影响。该柔性自支撑膜制备方法简单,所形成的复合膜材料性能良好,在可穿戴柔性器件领域有潜在的应用价值。