采用显微激光喇曼光谱，首次发现了PAN基炭纤维／SL结构热解炭界面区域的额外石墨化现象，并对其产生机理进行了分析，认为，高温石墨化时，PAN基炭纤维与SL结构热解炭二者收缩不匹配引致的界面应力集中，是导致其产生的原因。首次建立了C／C复合材料石墨化度g与室温电阻率ρ之间的定量线性关系(ρ=ag+b，式中a、b为常数)、石墨化度g与室温导热系数λ之间的定量指数关系(λ=λ_o+Ae~((g／t))，式中λ_0、A、t为常数)。并对公式中常数的影响因素如纤维预处理、复合材料表观密度、取向等进行了分析。分析了C／C复合材料石墨化度对力学性能的影响，提出材料的损伤机制与石墨化度高低相关—在石墨化度较低时，以裂纹桥和纤维拔出机制为主，纤维的增强作用明显；在石墨化度较高时，以纤维断裂机制为主，纤维的增强作用不明显。
大量实验研究和理论分析的基础上，系统、深入地研究了C／C复合材料中石墨化度的微观分布规律及其影响因素，以及石墨化度与导电导热性能、力学性能、摩擦磨损性能之间的关系。从石墨化角度为制备高性能航空刹车用C／C复合材料指明了方向。分别采用XRD、激光喇曼光谱、TEM测量和表征石墨化度，在对比分析的基础上，首次建立了喇曼参数R~(-1)与XRD参数石墨化度g之间的定量关系，并将其成功地运用于C／C复合材料中微区石墨化度的分析。首次发现了C／C复合材料刹车形成的摩擦面上石墨微晶尺寸微观分布的均匀化趋势，提出了高石墨化组元微晶定向转动、层面分离、碎断+低石墨化组元以磨屑形式从摩擦面逸出的机理。破译了数种国外航空刹车用C／C复合材料及其组元的石墨化特性，确定了这几种复合材料的最终石墨化处理温度及其炭纤维增强体的预石墨化处理温度。首次提出影响C／C复合材料导电、导热及摩擦磨损性能的决定性因素不是石墨化度，而是材料的可石墨化性能。高性能航空刹车用C／C复合材料必须具备高的可石墨化性能，其理想的组元结构配置是低石墨化性的PAN基炭纤维增强体+全部或大部高石墨化性的RL结构热解炭基体。
众所周知，碳材料是目前生物相容性最好的材料之一。在氧化石墨烯的研究和应用中，为了充分发挥其优良性质，改善其分散性和溶解性等，必须对氧化石墨烯功能化。在聚合物中加入少量功能化的氧化石墨烯所制备的聚合物／氧化石墨烯纳米复合材料能提高聚合物材料的力学性能、阻隔性和热变形温度，因此引起了人们广泛的兴趣。而具有抗菌、抗凝血功能的聚乙烯醇／功能化氧化石墨烯纳米复合材料还未见文献报道。针对上述情况，首先利用改进的Brodie法将石墨(G)氧化制备氧化石墨(GO)，再在碱性溶液中超声制得氧化石墨烯(GeneO)，进而用氯乙酸修饰氧化石墨烯，通过官能团改性制备了羧基化氧化石墨烯(GeneO-COOH).并利用FT-IR、TG、AFM、TEM、XRD、WCA、Zeta电位等手段进行了表征，为功能化氧化石墨烯的制备奠定了基础。在此基础上，本文设计合成了新型的、具有一定血液相容性和抗菌性能的功能化氧化石墨烯纳米复合物：羧基化氧化石墨烯-镧(GeneO-La)纳米复合物，利用FT-IR，TG，TEM、FS、XRD等手段对合成的GeneO-La纳米复合物进行了表征，结果表明La3+已经通过化学和物理作用吸附在羧基化氧化石墨烯片层上。对GeneO-La纳米复合物的生物学性能(抗菌、抗凝血性能)进行了表征。通过细菌生长动力学实验、抑菌环实验评价了GeneO-La纳米复合物的抑菌性能，结果表明GeneO-La纳米复合物对大肠杆菌有很好的抑菌效果，当浓度为0.5mg/mL，抑菌率达96.40%；对金黄色葡萄球也有很好的抑制效果，当浓度为0.25mg/mL，抑菌率为99.81%；而抑菌环实验中GeneO-La对大肠杆菌(ATCC25922)、金黄色葡萄球菌(ATCC25923)有明显的抑菌效果，样品周围有明显的抑菌环，半径最高分别可达到2.0、1.5mm。石墨颗粒
GeneO-Glu纳米复合物在不同pH条件下Zeta电位和粒径的变化，并结合稳定性试验初步探讨了GeneO-Glu纳米复合物形成的机理。虽然GeneO-Glu纳米复合物比GeneO-La纳米复合物具有更好的生物相容性但却没有抗菌功能。为了使合成的纳米复合物兼具抗凝血和抗菌的双重功效，在上述工作的基础上，我们制备出新型的GeneO-Glu-La纳米复合物。通过TG、FT-IR、XRD分析实验表明，由于La3+易与氧、氮发生配位作用，所以GeneO-Glu吸附La3+离子是一种化学吸附。对所合成的三种纳米复合物GeneO-La、GeneO-Glu、GeneO-Glu-La进行溶血实验和复钙实验的表征及比较，发现低浓度时溶血率均小于5%；引入生物相容性好的Glu后，GeneO-Glu-La纳米复合物的复钙时间比GeneO-La有所延长，其血液相容性得到了进一步的改善；通过菌落数、最小抑菌浓度、细菌生长动力学实验表明：GeneO-Glu-La纳米复合物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌均有明显的抑菌效果，与GeneO-La、GeneO-Glu相比，GeneO-Glu-La的抑菌效果更明显，且随着浓度的增大，其抑菌效果愈加显著。在上述工作的基础上，采用聚合物溶液共混法制备了一系列新型的聚乙烯醇／功能化氧化石墨烯纳米复合材料：PVA/GeneO、PVA/GeneO-COOH、PVA/GeneO-La、PVA/GeneO-Glu和PVA/GeneO-Glu-La纳米复合材料，通过力学性能测试考察了功能化氧化石墨烯微观纳米结构对材料宏观性能的影响，研究结果表明：添加不同含量的功能化氧化石墨烯，可使PVA的拉伸强度和断裂伸长率比未加纳米填料的空白体系大幅度提高。当GeneO含量为5×10-4时，拉伸强度达46.0MPa，断裂伸长率达686.2%，比PVA空白分别提高了112.9%、43.3%；当GeneO-COOH含量为2×10-4时，拉伸强度达51.2MPa，断裂伸长率达692.3%，比PVA空白分别提高了136.7%、44.6%；GeneO-Glu含量为2×10-4时，拉伸强度达49.7MPa，断裂伸长率达674.4%，比PVA空白分别提高了130.0%、40.9%；GeneO-La含量为1×10-4时，拉伸强度达50.2MPa，断裂伸长率达1012.0%，比PVA空白分别提高了132.5%、66.4%。其中，GeneO-Glu-La表现出更好地增强、增韧效果，当其含量为1×10-4时，拉伸强度高达51.9MPa，断裂伸长率达693.3%，比PVA空白分别提高了140.1%、1113.6%。可见少量的功能化氧化石墨烯纳米复合物对聚乙烯醇能达到良好的补强效果。
医用高分子材料，必须具有良好的组织相容性、力学相容性和血液相容性，应该对人体无毒性、无致敏性、无刺激性、无遗传毒性和无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良作用。目前最为突出的问题是生物材料引起的血栓形成、体内感染等，这是严重制约新型生物材料开发的瓶颈。因此，具有抗菌／抗凝血功能的生物高分子材料的研制已成为生物医学工程的前沿课题和关键所在。聚乙烯醇(PVA)具有良好的生物相容性、对人体无毒、对皮肤无刺激性、成膜性能良好，成膜后的强度与柔韧性能、吸湿性和水溶性等基本可满足膜剂成型与应用的要求，是用途极为广泛的生物医用和药用材料，在材料的抗菌／抗凝血功能方面，尚不能完全满足医疗临床应用的高标准。
探讨了GeneO-La纳米复合物的抗菌机理，认为GeneO-La复合物符合稀土元素的Hormesis效应，即GeneO-La纳米复合物浓度越高，越容易抑制细菌的生长。将GeneO-La纳米复合物与未剥离的GO-La比较其抑菌效果，结果表明由于剥离的氧化石墨烯片层比表面积更大，其吸附La3+离子的量高于氧化石墨。因此GeneO-La纳米复合物的抑菌性远优于GO-La。另外，对GeneO-La纳米复合物的抗凝血性能进行了研究：通过溶血实验和血浆复钙时间实验可以看出随着GeneO-La纳米复合物浓度的增加，复钙时间逐渐缩短，同时GeneO-La复合物的溶血率在低浓度时都5%，符合稀土元素的Hormesis效应，即GeneO-La复合物在低浓度时有较好的血液相容性。在上述工作的基础上，我们提出了GeneO-La纳米复合物的形成机理和模型以及GeneO-La纳米复合物的抗菌、抗凝血机理。为了进一步提高羧基化氧化石墨烯的生物相容性，本文设计合成了新型的羧基化氧化石墨烯-谷氨酸(GeneO-Glu)纳米复合物，通过FTIR、XRD、TG、SCA、Zeta电位等测试方法研究了不同pH值条件下的功能化氧化石墨烯GeneO-Glu纳米复合物的物理、化学性能，以探究GeneO-Glu纳米复合物的形成机理和特性。并且通过溶血实验和复钙实验对其血液相容性进行了研究，研究结果表明：功能化GeneO-Glu纳米复合物的溶血率均5%，复钙时间延长，不同pH值(2、7、10)条件下的GeneO-Glu纳米复合物的复钙时间比纯血浆提高了47.06%、52.94%、29.41%，其中pH=7的GeneO-Glu复合物提高最多，对血液的促凝程度小，具有较好的血液相容性。
通过XRD实验发现，GeneO、GeneO-COOH、GeneO-La.GeneO-Glu和GeneO-Glu-La能在聚乙烯醇基体中呈剥离态均匀分散。采用溶血试验、复钙实验、血小板粘附实验、蛋白吸附实验、细菌粘附实验测试了五种聚乙烯醇/功能化氧化石墨烯纳米复合材料的生物相容性性能，测试结果表明：五种聚乙烯醇/改性氧化石墨烯纳米复合材料的溶血率都符合国际标准且复钙时间较长，其中PVA/GeneO-Glu-La复钙时间高达到50min，比PVA/GeneO、PVA/GeneO-COOH、PVA/GeneO-L、PVA/GeneO-Glu显著延长。材料表面都粘附较少的血小板和细菌；蛋白吸附实验表明，PVA/GeneO、PVA/GeneO-COOH.PVA/GeneO-La、PVA/GeneO-Glu和PVA/GeneO-Glu-La材料表面吸附蛋白量比PVA均有所减少，其中PVA/GeneO-Glu-La表面粘附的蛋白量最少，比PVA减少了27.94%。这种新型的、本体和表面兼具优良抗菌、抗凝血性功能和良好力学性能的聚乙烯醇／功能化氧化石墨纳米复合材料可望在生物医学工程方面得到广泛的应用。
