石墨烯以其在光、电、热等方面表现出的优异性能受到了世界范围的关注,随着石墨烯应用研究的发展,石墨烯已逐渐在军用、民用等领域表现出了广阔的应用前景。但局限于石墨烯的宏量制备工艺使得石墨烯的应用受到了一定的限制,常用的石墨烯生产工艺产量低、成本高、且石墨烯产品质量无法得到保证,因此,开发高效率、低成本、高质量、批量化制备石墨烯的生产工艺在石墨烯由研究走向应用具有十分重大的意义。受液相剥离的启发,利用超临界流体作为剥离介质制备石墨烯的方法已见研究;通过不同的辅助手段可以提升超临界流体剥离的效率,球磨法以其工艺简便处理量大得到了广泛的应用。本论文围绕以球磨辅助超临界CO₂剥离制备功能化石墨烯展开系统研究,主要研究内容如下:（1）采用两步法制备硼氮双掺类石墨烯碳纳米材料（BNC）,并将其应用于碱性体系超级电容器电化学性能的研究。在球磨处理时,在石墨原有碳骨架中引入了氮原子和缺陷,使得比电容性能有了显著的提升,但高倍率性能较差。通过后续高温热处理,将硼元素引入其中,随着温度的升高,氮元素的保持率升高,使得BNC材料具有较高的初始电容量,而硼元素的引入使得其在高倍率条件下容量保持率提升,达到78.2%,远优于纯石墨烯材料,且具有良好的循环稳定性。（2）对超临界剥离过程中的泄压步骤进行了直接非平衡分子动力学模拟计算,分析了在泄压步骤中石墨的剥离机理,由此得出石墨的剥离速率和石墨烯的产率取决于插层于石墨层间的CO₂分子的数量,合适的CO₂的压力或密度是实现石墨剥离的先决条件,并从实验的角度对该模拟结果进行了证明,在此步骤中CO₂的压力或密度的主要作用在于石墨层间的范德华吸引力与CO₂和石墨的排斥力之间的竞争。（3）开发球磨辅助超临界CO₂剥离工艺,讨论温度、压力、球磨转速及时间等因素对剥离效果的影响,探索该工艺适合剥离石墨制备石墨烯的最优条件。在最优工艺条件下得到的石墨烯经过形貌结构的表征,证明了该工艺具有高效性、产品具有高质量。其后将石墨烯应用于锂离子电池负极材料,并与商用石墨进行对比,由该工艺制备得到的石墨烯在容量和循环性能上有了显著的提升。（4）在球磨辅助超临界CO₂剥离制备石墨烯的工艺条件下,向反应体系中加入亲水改性剂（聚乙烯吡咯烷酮,PVP）,同步实现了石墨烯的剥离制备和功能化改性,在保持高效率高质量剥离石墨的同时,将改性剂PVP粘附或嫁接在石墨烯上,得到了亲水性良好的石墨烯产品。通过接触角测试表征证明了剥离前后,石墨烯在亲水性方面得到了极大的改善;且对亲水性石墨烯在水、乙醇等溶剂中做了分散性测试,得到石墨烯在水中分散浓度可达0.854 mg/m L,在乙醇中分散浓度可达1.577 mg/mL。