石墨烯具备优良的热、力、光、电学性能,在电子学、生物医学与复合材料等领域具有重要的应用前景。不同领域的应用对石墨烯质量、成本有着不一样的要求,因此石墨烯制备发展出了多种制备方法,且改良的或者新的制备方法仍在涌现。现今,比较成熟的制备方法有SiC表面外延生长法,化学气相沉积法,氧化还原法,剥离法等。其中,SiC表面外延生长法可制备大面积结构完整缺陷少的石墨烯,但该法制备成本较高,操作复杂,难以实现工业化生产;化学气相沉积法的制备同样面临工艺复杂与成本高的问题;氧化还原法虽生产成本低,操作简单,然而该法制备的石墨烯结构破坏严重,品质较低,对环境污染大;剥离法制备出的石墨烯缺陷少,主要问题是产量低,难以实现工业化制备,目前有研究表明将几种剥离工艺结合可以提升石墨烯产量,这为优化剥离法制备石墨烯提供了新思路。本文所作研究内容和得到的结果如下:首先对剥离法中的关键步骤—插层和剥离进行探究。摒弃以往繁琐复杂,环境不友好的化学插层,选择碳酸氢铵作为插层剂以物理的方法进行插层。通过超声与搅拌方式使碳酸氢铵混入石墨类材料层间,最后在高温炉中加热剥离。XRD数据与SEM以及TGA数据显示,石墨类材料氧化度越高,层间距越大,碳酸氢铵在层间距大的石墨类材料中插层越明显;IR数据表明,碳酸氢铵进入石墨材料层间没有发生化学反应,是通过物理途径进行插层。石墨插层化合物在加热剥离后,BET数据显示GO比表面积增加最多,NG增加最少,这说明GO的剥离效果最好;但是在剥离之后,GO高温处理后其结晶度很差,而EG高温处理后石墨结构变化小,因此,EG是较为适合插层剥离的石墨类材料。前期工作显示碳酸氢铵易与氧化程度较高的石墨类材料结合,很难进入天然石墨层间。为了将碳酸氢铵这种插层剂引入天然石墨间,设计将三聚氰胺和碳酸氢铵作为复合插层剂,通过球磨的方式提供机械力激活,使三聚氰胺和碳酸氢铵插入到石墨层间,然后在高温炉内加热使碳酸氢铵发生相变,提供膨胀力进而剥离出石墨烯。通过对石墨烯形貌观察发现,加热剥离后石墨状态整体偏于松散破碎,可以观察到很多层数较薄的石墨薄片。接着设计搭建等离子体热激励装置,作为剥离步骤的热源,研究等离子体作为热源对于剥离制备石墨烯的影响,这里同样使用三聚氰胺和碳酸氢铵作为复合插层剂,球磨提供机械力激活。测试数据显示,电极到石墨材料距离的最佳距离在4-6mm,电弧产生的束斑是一个直径0.122mm的近似圆,其光晕部分直径为0.317mm。通过对等离子环境参数研究,构建了等离子发生环境参数,脉冲占空比90%时等离子体能流密度q=718955.93(w/m~2)。通过对石墨烯形貌观察发现,在等离子剥离后石墨可以观察到很多层数较薄的石墨薄片。最后,使用以石墨烯为主的碳纳米材料复合而成的碳纳米预分散母胶粒作为功能性改善添加剂,改善橡胶材料导热性能和高温环境下的力学性能。通过控制碳纳米预分散母胶粒在氢化丁腈橡胶配方中的添加量,研究其在高温环境下的力学性能,导热性能以及动态力学性能等性能变化。随着碳纳米预分散母胶粒的添加,100%定伸应力不断升高,拉伸强度、伸长率、撕裂强度等性能呈先上升后下降的趋势,在添加15质量份碳纳米预分散母胶粒时,橡胶塑性性能达到峰值。碳纳米预分散母胶粒的引入能够提升氢化丁腈橡胶高温力学性能,添加15质量份碳纳米预分散母胶粒时,在150℃下拉伸强度、伸长率、撕裂强度相比原配方分别提升31%、18%、50%,永久变形降低4%,100℃导热系数提升32%,150℃导热系数提升19%。