● 摘要
石墨烯（graphene）是近几年来发展起来的一种新型二维无机纳米材料。石墨烯由于其极高的机械强度，出色的导电和导热性能，在化学、物理、材料、电子等各个领域显示了广阔的应用前景。但是，制备高强度、多功能、宽用途的石墨烯复合材料一直是科学界及工业界尚待解决的难题。本学位论文围绕着这些问题，运用了自组装的方法成功构筑了具有多种功能的石墨烯复合材料。并进一步借助掺杂金属离子的方式提高材料的力学性能。这种材料在航空、运输、生物医药等方面具有潜在的应用价值。具体研究内容及结果如下：（1）利用Hummers法制备了氧化石墨烯。采用了ESEM、XRD对氧化石墨烯的形貌和结构特征进行表征，说明氧化石墨烯具有大量褶皱的片层结构。FT-IR和XPS表明经过强氧化后形成的氧化石墨烯表面引入了大量的含氧官能团。水滴接触角测试则揭示了氧化石墨烯纸具有一定的亲水性。（2）利用自组装的方法成功仿生构筑了具有超疏水、自清洁的石墨烯复合多功能纸。首次将贝壳，贻贝，以及荷叶这三种仿生概念相结合。通过XRD、Raman、UV-vis、FT-IR、XPS的表征说明氧化石墨烯能够被多巴胺还原，并且多巴胺能够聚合并与还原后的石墨烯复合形成石墨烯/聚多巴胺复合物。石墨烯复合纸具有明显的层状结构和在水中具有一定的力学性能。此外，对前躯体进行疏水修饰的石墨烯复合纸具有优异的超疏水性、抗腐蚀性、自洁作用。（3）借助于金属离子掺杂，提高石墨烯复合纸的力学性能。这部分工作是受生物界中昆虫鄂中的聚合物提供非成键的电子给金属离子的空穴轨道从而起到交联作用的启发，系统地优选了三种金属离子（Cu2+，Zn2+，Fe3+），并考察了不同浓度对石墨烯复合纸的力学性能的影响。通过拉力测试可以看到，加入金属离子后，石墨烯复合纸的拉伸强度和模量都有提高。三种金属离子的加入对石墨烯复合纸机械强度均有提高，Cu2+的效果最好，所对应的拉伸量提高了157.5%。