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石墨烯(graphene,简称GE),作为单层的石墨结构,是目前世界上最薄却最强的材料。由于具备超高的力学性能、吸附性和导热、导电性等物理化学性能,石墨烯在材料科学与工程领域中的应用渗透到各个方面。本文通过非共价键修饰和结构控制的方法,制备了高性能的蒙脱土(MMT)-GE协同增强聚乙烯醇(PVA)复合材料,高吸附性能的多巴胺(dopamine)功能化石墨烯-四氧化三铁(Fe3O4)复合材料(DGF)以及碳纳米管-石墨烯/石英纤维布(CNTs-GE/QFCs)复合环氧树脂导热材料。主要研究工作如下：1.利用GE的高力学性能以及MMT对GE的分散作用,通过溶液插层-流延成膜法制备了高机械强度的MMT-GE/PVA复合膜。结果表明MMT、 GE和PVA间通过氢键相互作用,能够极大地改善无机填料和PVA间的界面结合,从而协同提高PVA的力学性能。当MMT/GE=2:1时,纳米复合材料的拉伸强度和杨氏模量均达到最高值,分别为85.1MPa和1627.8MPa,比纯PVA分别提高了46%和62%,并且远高于MMT和GE单一组分改性的PVA复合材料。2.基于多巴胺对GE的功能化修饰,采用简单的溶液混合过程,制备了DGF复合材料,研究了DGF对亚甲蓝(MB)染料的吸附性能。结果表明多巴胺的苯环能够与石墨烯之间有很好的亲和力,有利于石墨烯片层的分散,并且赋予DGF很多活性位点,利于对MB的吸附。DGF可在5mmin内达到吸附平衡,饱和吸附量约为365.39mg/g。正电性的Fe3O4-OH2+纳米粒子与石墨烯片层间通过静电和氢键作用结合非常紧密,赋予DGF良好的磁性能,使其具有较好的循环性,经过5次吸附-解吸附过程后,DGF对50mg/L的MB的吸附量为36.79mg/g,溶液中MB移除率为74%。3.以二维织物QFCs为骨架,利用CVD法制备了CNTs-GE/QFCs三维增强体,并采用VARTM制备了CNTs-GE/QFCs/Epoxy导热复合材料,考察了不同反应条件对CNTs-GE/QFCs表面形貌结构的影响。结果表明,当GO浓度达到4.5h/L时,其能够覆盖在QFCs表面,经CVD法生长的CNTs形貌较规整,长度约1～3μm。CNTs-GFVQFCs/Epoxy复合材料的导热系数为0.97W/mK,比GE/QFCs/Epoxy, CNTs/QFCs/Epoxy复合材料的导热性提高了约1.8倍。