铝及合金因为其制造成本低廉、轻质、良好的机械加工性能、优秀的强度与塑性等特点,而被人们广泛应用于航空、航天等领域,但其性能还需要进一步提升。石墨烯具备极优异的力学性能和高比表面积,是理想的金属基复合材料增强体。目前石墨烯/Al基复合材料的研究中存在着增强体强化机理、界面结合机制不明确等问题。第一性原理可从电子原子尺度揭示界面结合本质,分子动力学能对有限温度下界面的力学行为进行模拟。本文分别采用第一性原理计算和分子动力学模拟方法,从电子和原子尺度研究石墨烯/Al-Si基复合材料的界面性质和力学行为,为石墨烯/铝硅合金复合材料的试验设计提供指导与借鉴。本文基于密度泛函理论采用平面波赝势的第一性原理方法计算了铝/石墨烯/铝界面的界面粘附功、错配能、几何构型和电子结构,采用分子动力学方法模拟了铝/石墨烯/铝界面不同温度下的稳定性和在300K下的拉伸行为,分析了缺陷、石墨烯层数、Si原子等对铝/石墨烯/铝界面性质和力学行为的影响。基于[1（?）0]_Al//[10（?）0]_graphene、（111）_Al//（0001）_graphene位向关系,建立了错配度最小铝/石墨烯/铝的界面模型。界面性质的第一性原理计算结果表明,Al/理想完整石墨烯界面以物理结合为主,而石墨烯中存在的拓扑缺陷、单空位和双空位缺陷导致界面黏附功逐步增加。含空位缺陷的石墨烯/铝界面原子的化学结合倾向明显,呈极性共价键特征;空位缺陷导致界面错配能增加,降低界面稳定性。Si的加入提高了理想石墨烯/铝界面、拓扑缺陷石墨烯/铝界面的界面黏附功,改善了铝与完整石墨烯的润湿性;Si原子抑制了含单空位和双空位缺陷界面的化学反应趋势,且界面原子排列有序。分子动力学模拟结果表明,铝/少层石墨烯/铝界面和铝/缺陷石墨烯/铝界面在900K以下均能稳定存在;在900K以上界面原子排序杂乱无序,界面粘合紧密且出现明显褶皱。界面结合强度随温度提升而提升,但对石墨烯缺陷种类与层数不敏感。在不同方向单轴外加拉应力作用下,界面处的Al原子与C原子在石墨烯断裂前均保持良好结合,界面在拉伸过程中难以变形,阻碍了位错滑移,降低材料塑性。纯Al和复合材料沿[1（?）0]均具有最优的力学性能,而沿[111]拉伸时力学性能较差。界面模型引入少层石墨烯（3层以下）后,随着层数增加,材料的弹性模量和抗拉强度大幅增加,而塑性有所降低,石墨烯发生翘曲变形,一定程度缓解了形变;但材料失效时,界面Al原子与C原子间仍结合良好,裂纹在石墨烯层间形核,最后发生石墨烯层间脱附,材料失效。将空位缺陷引入石墨烯,降低了材料的弹性模量、抗拉强度和延伸率,且应力集中于缺陷附近,界面缺陷提供裂纹形核位点,且观察到裂纹萌生于基体Al的压杆位错与界面交界处,与石墨烯层间滑移有关。而引入拓扑缺陷,石墨烯结构较为完好,增加界面结合能力的同时,不提供裂纹形核位点,位错增强效应明显,材料强度提高,而塑性保持不变。铝（硅）/理想石墨烯/铝（硅）界面弛豫后稳定结构表明,Si在界面有强烈的析出倾向,Si易分布在界面上。Si的加入增强了石墨烯抵抗变形的能力,材料弹性模量提升,但由于Si析出使得基体界面空位较多,界面结构破坏较大,在塑性变形初期界面就存在裂纹核心,材料强度与塑性均有一定程度的降低。