自2004年被发现以来,石墨烯在科学界和工程界便引起了研究热潮。石墨烯是一种由单原子层的碳组成的材料,其超薄的厚度、超高的力学性能、超高的透光率、超高的载流子迁移率使得石墨烯在能源、化工、航空航天、船舶、电子电路等领域有着极大的应用前景。铜是继金、银之后导电性能最好的金属,且价格相对较低,这使得铜成为许多工业应用中不可或缺的材料。电镀锌在我国的电镀领域也占有6成以上的市场份额,此前,各种纳米材料被用来和铜、锌进行复合,所得的复合材料表现出显著的性能提升。电化学法作为一种操作简单、过程可控、可大规模连续生产的技术,在诸多领域尤其是复合材料领域都有着重要的应用。目前关于石墨烯增强铜基复合材料绝大多数都是采用粉末冶金法,研究表明,石墨烯的加入可以显著提升金属的多种性能。一般认为,电化学法制备石墨烯增强铜基复合材料的原理为:1)石墨烯前驱体经改性处理或直接加入基础电解液中,形成稳定的悬浮液;2)在电场力和搅拌的作用下,使得铜离子与石墨烯在阴极发生共沉积,从而形成复合薄膜。在电化学法制备铜-石墨烯复合材料中,诸多研究已确认,石墨烯的含量以及分散均匀性是最重要的两个因素。在电化学法制得的石墨烯-铜复合材料中,有两个很重要的问题尚未得到解决,即1)石墨烯-铜复合材料中石墨烯的直接和准确含量测定;2)电解液中石墨烯添加量与进入复合材料中石墨烯含量之间的对应关系。这些问题的解决对于石墨烯在复合材料中的应用具有重要意义。本论文在充分调研和理解石墨烯增强铜基复合材料的基础上,结合国际前沿研究热点问题,在电化学法制备铜-石墨烯（Cu-Gr）复合材料的制备、增强相含量的直接测定、电沉积工艺的优化、增强相的分散、结构的设计、共沉积的机制等方面进行了系统的、深入的研究。提出了一种直接、准确测定铜-石墨烯复合材料中增强相含量的方法;开发了一套最佳的电沉积铜-石墨烯复合薄膜的工艺条件;探索了一种可以自分散的石墨烯+碳纳米管的杂化增强相;设计了一种一步法制备三明治结构的铜/石墨烯/铜复合材料的方法;研究了锌-石墨烯的复合电沉积工艺;初步提出了金属-石墨烯的复合电沉积机制。第一章为绪论,详细综述了石墨烯增强金属基复合材料的研究现状与研究进展。同时介绍了本论文的选题意义、课题来源、所做的工作内容等。第二章为实验部分,主要介绍实验中所用到的材料、试剂以及制备工艺的具体操作步骤,此外,还有对微结构的表征和对性能测试所用的仪器。主要包括石墨烯前驱体的制备、电化学法制备铜-石墨烯复合薄膜及其工艺优化、碳纳米管+石墨烯杂化增强相对铜基复合薄膜的影响、三明治结构的铜/石墨烯/铜复合薄膜的制备以及金属-石墨烯复合电沉积机制。第三章介绍了一种直接、准确测定Cu-Gr复合薄膜的方法。利用高频红外碳硫分析仪对箔中碳（C）含量进行测定,直接、准确地测定了箔中Gr的含量。首次得到了复合箔中石墨烯含量与电解液中氧化石墨烯浓度的关系。进一步利用纳米压痕仪和拉伸仪测出复合薄膜的弹性模量、硬度和拉伸强度等力学性能随电解液中GO浓度的变化关系,发现其与电解液中GO的浓度与复合铜箔中石墨烯含量的对应关系一致。在当前工艺条件下,电解液中GO浓度有一个最佳值0.5g/L,相应的力学性能也达到最大。认为电解液中过多的GO浓度会造成团聚现象,使其更难被共沉积进入镀层。第四章中系统地研究了三个重要的电沉积参数（前驱体氧化石墨烯浓度、电流密度、镀液温度）对直流电沉积Cu-Gr复合薄膜结构和性能的影响。发现石墨烯对复合箔的影响最为显著,制备的复合箔厚度约为20微米,同时得到了最佳沉积工艺条件:氧化石墨烯浓度0.5g/L,电流密度10-20A/dm~2,镀液温度25-40℃。第五章采用氧化石墨烯分散碳纳米管,研发了一种能够自分散的碳纳米管+氧化石墨烯（CNTs+GO）杂化增强相,从而制得了厚度约为4微米的铜（Cu）-（碳纳米管+石墨烯）（CNTs+Gr）超薄复合箔;氧化石墨烯能够在溶液中和碳纳米管形成Π-Π键合,从而形成稳定分散的碳纳米管+氧化石墨烯杂化增强相;石墨烯能够改变铜的结构,择优取向从（111）平面变为（220）平面,而碳纳米管不改变铜的择优取向;由于Gr和CNTs的协同作用,与纯Cu、Cu-CNTs和Cu-Gr箔相比,Cu-（CNTs+Gr）复合箔具有最高的力学性能、耐腐蚀性和导电性。第六章介绍了一种一步法制备三明治结构的铜/石墨烯/铜（Cu/Gr/Cu）超薄箔。设计思路为:首先采用直流电泳沉积（EPD）制备了一薄层氧化石墨烯薄膜,该膜允许铜离子渗透并与不锈钢基底接触;然后根据铜在不同基体上的沉积电位的差异,设计了一种电位阶跃法成功制备了三明治结构的Cu/Gr/Cu复合薄膜。复合箔的厚度可以低至4-5μm;与纯铜箔相比,抗拉强度提高了近一倍,而导电率基本不变。同时,这种新的制备方法为电化学法制备层状复合材料提供了一种新的思路,并可应用于其它材料。不同于上述的铜箔,第七章介绍了反向脉冲电沉积锌-石墨烯（Zn-Gr）复合涂层的制备以及耐腐蚀性能的研究。以氧化石墨烯为前驱体,在氯化锌体系中,采用反向脉冲电沉积法制备了具有高耐腐蚀性Zn-Gr复合镀层;镀锌和氧化石墨烯共沉积过程中使氧化石墨烯还原成Gr。划痕试验表明,Zn-Gr复合镀层与基体具有较强的附着力;石墨烯可以为锌提供更多的成核位点,由于成核位点的增加,石墨烯的掺入改变了Zn晶体的生长机制,改变其择优取向;石墨烯片作为一种防腐蚀屏障层,在模拟海水环境中对Zn-Gr复合镀层的耐蚀性起着重要的作用。在电解液中加入0.3-0.5g/L GO的最佳范围内,耐腐蚀性能最高,此时的腐蚀电流密度仅为纯锌层的百分之一。第八章对铜-石墨烯复合电沉积的机制进行了初步研究。本论文采用电化学测试的多种分析方法,对石墨烯和铜在电沉积过程的作用机制进行了初步的探索,研究了氧化石墨烯和铜在电解液中的作用,石墨烯对铜沉积过程的影响及其在复合材料中的相互作用机制。1)对铜和前驱体氧化石墨烯在电解液中的作用以及在复合材料中的结合进行了实验验证,发现氧化石墨烯在电解液中可以和铜离子形成化学键合;2)电化学测试发现,氧化石墨烯在沉积初期可以为铜提供更多的活性位点,而在沉积后期又抑制铜的生长;3)TEM和SEAD表征进一步说明了,在复合箔中,铜和石墨烯是产生化学键合的而不是简单的机械混合;4)提出了电化学沉积过程中氧化石墨烯还原为石墨烯的机制和强化机制,在共沉积过程中,氧化石墨烯表面的含氧官能团的还原分为依次还原:羟基（-OH）最容易被还原,而烷氧基和羰基需要经过两步还原,即,先还原为羟基,再进一步还原,在此过程中氧可与铜离子再铜-石墨烯界面处结合形成Cu2O,最终形成铜-石墨烯复合材料。5)对于强化机制,本论文认为,在较低的前驱体添加量时,石墨烯与阴极接触的机率低,即有效浓度低,所以和铜发生共沉积的石墨烯的量也就低,而当前驱体浓度过高时,多数的氧化石墨烯团聚成大颗粒,在与阴极接触时,也不容易被共沉积进入复合箔,相当于有效浓度也较低。第九章是对全文的总结。论文的最后主要介绍了作者发表的学术论文、科研成果、发明专利、出国参加国际会议、所参与的科研项目和在校期间的获奖情况,末尾附上了对恩师和其他人的致谢和作者本人的简历。