石墨烯作为纳米添加剂能够显著提高聚合物和其他基体材料的力学、热学、电学等多方面性能，在各工业领域具有广泛的应用潜力。石墨烯之间存在较强的范德瓦尔斯和π-π相互作用，导致石墨烯容易在基体材料中发生聚集堆积现象，严重降低石墨烯对复合材料性能的改善效果，制约石墨烯复合材料的应用。而关于石墨烯在基体材料中微观分布行为的研究较少，且模拟体系和研究方法较为简单，石墨烯分散状态对复合材料结构和性能影响的微观机制仍不清楚。本文选取石墨烯/聚乙烯复合材料为研究对象，采用分子动力学模拟方法，研究石墨烯在基体材料中的分布行为和稳定分布状态，分析石墨烯分布状态对复合材料结构的影响规律，进一步通过单轴拉伸模拟，探索石墨烯的分散程度对基体材料力学性能的影响机制。　　首先构建包含双层石墨烯的复合材料模型，考察不同初始构型的石墨烯（平行石墨烯、半接触石墨烯和搭接石墨烯）在基体材料中的微观运动行为，获得石墨烯的稳定分布状态。研究结果表明，当两层石墨烯部分接触时，石墨烯能够在基体材料中发生聚集现象；而当两层石墨烯完全分离时，在石墨烯之间能够形成稳定的基体分子吸附层，该吸附层阻碍了石墨烯的相互靠近聚集，促使石墨烯保持分离状态。半接触的平行石墨烯能够缓慢地将层间基体分子推出，逐步发生聚集现象，且聚集速率保持恒定，为0.94?/ns。当石墨烯相互搭接并接触时，石墨烯能够进一步重叠，最终达到完全重叠堆积状态，在聚集过程中石墨烯的重叠速率逐渐降低。　　石墨烯边缘是石墨烯片层的活性区域，基体分子进出石墨烯层间空间首先经过边缘区域，因此石墨烯边缘在石墨烯运动过程中起到重要作用。因此本文对石墨烯边缘模型进行了分子动力学模拟，研究结果与前面双层石墨烯的研究结果相吻合：当石墨烯层间距较小时，石墨烯边缘能够将层间的基体分子排出，发生聚集现象；当石墨烯层间距较大时，石墨烯边缘保持分离状态。另外，在双层石墨烯边缘的层间空间内，基体分子能够平行于石墨烯表面排列，形成由单层基体分子组成的吸附层。层间基体分子仅能够形成整数个吸附层，因此石墨烯层间距为一系列不连续的值。这些离散值的间隔约为4.4，与单层吸附层的厚度相同。　　为研究石墨烯的分布状态对复合材料的影响，本文利用不同层间距的双层石墨烯模型，构建不同分散程度的复合材料模型，研究平衡构型中石墨烯和基体分子的微观结构和性能。为了便于比较，同时研究了纯聚乙烯和包含单层石墨烯的复合材料体系。研究结果表明，基体分子能够在石墨烯表面处形成多层吸附层，且吸附层处于动态稳定状态，层内的分子可以发生扩散迁移。由于石墨烯的吸附作用，聚乙烯分子发生“吸附固化”现象，基体分子排列更加有序，结构更加伸展，且在垂直于石墨烯方向的运动能力受到抑制。增加石墨烯分散程度能够促进基体分子的“吸附固化”程度。随着石墨烯分散程度的增加，基体分子的排列更加有序，回转半径逐步增大，并趋于统一，基体分子运动受到的抑制作用更强。　　最后，利用单轴拉伸模拟方法研究了复合材料模型的力学性能。在拉伸过程的弹性区和屈服区，体系应变导致聚乙烯分子在拉伸方向出现较大相对移动，引起体系内非键相互作用的改变。屈服应变出现在7.3%处。在软化区之后，应变主要导致石墨烯和聚乙烯基体内成键相互作用的改变。在拉伸过程初期，石墨烯阻碍了复合材料在垂直于拉伸方向的压缩变形，聚乙烯分子的“吸附固化”结构保持稳定，导致体系产生较强的屈服应力。石墨烯添加量的增加能够产生更高的屈服应力。在断裂过程中，“吸附固化”程度最弱的区域首先出现破坏现象。增加石墨烯的分散程度，能够增加石墨烯的影响范围，增强基体的“吸附固化”程度，从而导致复合材料屈服应力的提高。