石墨烯具有特殊的二维平面蜂窝状结构和优异的性能,被视为具有战略性意义的高强新型材料,在许多领域极具应用价值,是目前生物、化学、物理、材料等领域的研究热点之一。作为石墨烯的衍生物氧化石墨烯,因其比表面大、水溶性好、力学性能优异等特点,也成为了纳米材料等领域的高热度研究对象。然而,在现代工业化技术制备石墨烯和氧化石墨烯过程中,会不可避免的出现一些结构上的缺陷（如裂纹、空洞等）。这些本征缺陷或者通过外引入引起的缺陷影响着石墨烯及其衍生物的力学、电学和热学等性质。与制备工艺严苛和性价比过低的完美石墨烯相比,含有晶界和其他缺陷的石墨烯及其衍生物同样具有一定的应用潜质。因此,在认识和掌握这些缺陷特点的基础上利用和控制这些缺陷显得十分重要。本文利用完美石墨烯和氧化石墨烯模型构建了一种新型的分子构型—含有晶界的氧化石墨烯即氧化多晶石墨烯,通过分子动力学方法对三者进行稳定性和力学性能分析,研究氧化多晶石墨烯“自下而上”的多元结构-空间设计性能和混合维度下（sp2与sp3结合）空间结构形式相关联的物理机制,分析讨论缺陷耦合（晶界、含氧官能团）对其力学性能的影响规律。本文的主要研究内容如下:（1）根据对国内外研究进展的分析,展示了目前国内外关于石墨烯和氧化石墨烯研究的主要成果,概括性的归纳了分子动力学模拟的主要的研究理论和方法,并提出了自己的研究创新点及具体的研究方法。（2）通过分子动力学模拟方法研究了完美石墨烯和氧化石墨烯的基本力学性能,同时模拟了温度场、拉伸应变场和官能团含氧量对其力学性能的影响规律,为与新建模型（氧化多晶石墨烯）的力学性能研究进行对比做铺垫。研究表明:完美石墨烯力学性能对于温度场比较敏感,其力学性能都随着温度的增加而减弱,随拉伸应变率的减小而增强,当拉伸应变率高于一定值时,完美石墨烯会发生应变硬化现象,致使材料的抗拉强度和相应应变相对于低应变率拉伸时有所增大。而氧化石墨烯的力学性能对于温度场的敏感性不如完美石墨烯,其力学性能随着温度的升高而略微减弱,同时随含氧量的增加而变弱。在拉伸过程中,氧化石墨烯碳圆环能够与羟基中的氧原子构成闭合碳氧圆环,从环氧化合物转变到醚官能团,使极限应变和韧性增加。（3）通过与完美石墨烯和氧化石墨烯力学性能的对比,验证了新的分子构型—氧化多晶石墨烯模型的合理性,研究了模型在模拟拉伸过程中的断裂行为和晶界的存在对于其力学性能的影响,同时深入分析了新模型相对于石墨烯和氧化石墨烯力学性能变化产生的原因。研究表明:晶界对于氧化多晶石墨烯碳碳键的断裂过程表现出“诱导”作用,增加了其初始应变,碳六元环产生“退化”效应,在外场（拉伸应力）和内场（晶界）的耦合作用下,相较于石墨烯和氧化石墨烯应力集中现象更为明显。晶界处原子更易达到临界阈值,进而产生缺陷团簇,致使力学性能的降低。（4）从能量变化以及原子应力等的角度,揭示了氧化多晶石墨烯在不同官能团下力学性能的差异,对定向调控氧化多晶石墨烯力学性能提供了有价值的参考。在氧化多晶石墨烯中,连接更多的羟基能承受更大的拉伸应力,但是极限应变方面,连接更多的环氧基则会更高。从能量角度来看,只含有环氧基的氧化多晶石墨烯在拉伸前的总能最高,最不稳定。同时拉伸至极限应变其所需能量也最小,因此最容易达到断裂能量而导致结构被破坏。从原子应力角度,官能团分布于晶界处相比于分布在非晶界处时应力更高,此时晶界和官能团缺陷耦合效应最大,致使多晶氧化石墨烯力学性能降到最低。