石墨烯是碳原子在二維空間緊密排列成的苯環狀結構材料，它是繼零維足球烯、一維碳納米管及三維石墨和金剛石外一種新的碳的同素異形體。其包裹起來可形成零維足球烯，卷起來可形成一維碳納米管，堆疊則可形成三維石墨。
石墨烯具有特殊的結構和奇異的物理性質，其獨特的晶體結構及電子結構，使石墨烯具有優異的電學、磁學、熱學及力學性能，在高性能納米電子器件、復合材料、場發射材料、傳感器、透明電極及能量存儲等領域具有巨大的應用潛力。
為了更好地利用石墨烯的這些特性，使其獲得更加廣泛的應用，首先需要提高其加工性能，如溶解性和在基體中的分散性；其次需要有方向地改變、控制及調節其結構和電子性能。
1表面改性
在石墨烯的應用過程中存在著一個問題，即在石墨烯的分散過程中，由于完整結構的石墨烯由含穩定鍵的苯六元環組成，化學穩定性高，表面呈惰性狀態，與其他介質相互作用較弱，且石墨烯各片層間存在很強的分子間作用力，導致片層極易堆疊在一起而難以分散開來，很難溶解于溶劑中，更難與其他有機或無機材料均勻地復合。這給石墨烯的進一步研究和應用造成了極大的困難，因而改善石墨烯分散性及其與各種溶劑和材料的相容性成為擴展石墨烯應用領域亟待解決的問題。解決上述問題的一種有效方法是對其進行表面功能化。石墨烯表面功能化是在非完美石墨烯表面的缺陷處，通過共價鍵、非共價鍵連接而引入特定的官能團，使石墨烯表面某些性質發生改變。該方法能達到的效果有：改善石墨烯的分散性；提高材料的表面活性；賦予其新的物理、化學特性；改善石墨烯與其他物資的相容性。可使用超臨界干燥設備和對石墨烯材料進行干燥處理和改性處理。
目前，石墨烯表面功能化的研究處于發展階段，從功能化方法來看，主要分為兩種：（1）共價鍵功能化；（2）非共價鍵功能化。功能化是實現石墨烯分散、溶解和成型加工的重要手段.
1.1共價鍵功能化
由于石墨烯的邊緣部位和缺陷處具有較高的反應活性，在這些部位通過共價鍵連接一些適宜的基團是一種有效的表面功能化方法，即共價鍵功能化。制備過程中通過化學氧化方法對石墨烯進行酸化處理得到氧化石墨烯，石墨烯氧化物中含有大量羧基、羥基和環氧基等活性基團，因而可以利用這些基團與其他分子之間的化學反應對石墨烯表面進行共價鍵功能化。
1.2非共價鍵功能化
除共價鍵功能化外，還可通過非共價鍵連接方法對石墨烯表面進行功能化，即可用π-π相互作用、離子鍵以及氫鍵等超分子作用使石墨烯表面得到修飾，從而提高石墨烯的分散性。由于石墨烯本身具有高度共軛體系，其易于與同樣具有π-π鍵的共軛結構或者含有芳香結構的小分子和聚合物發生較強的π-π相互作用。
2電子性能改性
為了更好地將石墨烯這種具有優良物理性能的材料利用到半導體電子器件領域，需要對其電子結構進行適當的控制以調節其電子性能。目前，可通過摻雜和離子轟擊方法來改變石墨烯的電子性能。
2.1摻雜
眾所周知，摻雜可完全改變半導體的基本特性，并有效控制半導體納米晶體的光、電、磁學特性，直接促使新型光電子器件的實現，為納米晶體的廣泛應用提供了巨大空間。該方法也可用來擴展石墨烯在光電子器件領域的應用，大量研究表明石墨烯摻雜是調控石墨烯電學與光學性能的一種有效手段。
2.2離子轟擊
另一種改變石墨烯電子性能的方法是離子轟擊，即賦予離子一定的初始能量，使其轟擊石墨烯靶材。轟擊會導致石墨烯中缺陷（如空位、納米孔、取代缺陷、吸收缺陷等）的產生。石墨烯中這些缺陷的存在會導致其電子運動狀態發生變化，例如，石墨烯中空位的存在會使其費米能級附近的電子狀態發生根本性變化。
3石墨烯的氫化物和化學摻雜
石墨烯氫化物電子結構和晶體形態展示出與石墨烯不同的表現，一般稱之為石墨烷。對石墨烯的化學摻雜會形成一系列新的石墨烯衍生物，這種化學摻雜往往是建立在石墨烯的共價鍵功能化的基礎上得以實現的，針對石墨烯的帶隙、載流子極性和載流子濃度進行改性，使之具備可調變性，是石墨烯在微電子工業的潛在的應用方式之一。
4石墨烯/聚合物的復合體系
將具備優秀特性的無機材料與可加工型良好的高分子材料復合在一起向來是學者在科研工作中的一個方向和目標。石墨烯具有高比表面積的特性，因此很小百分比或者微小的加入量都能讓石墨烯在高聚物基體中形成交叉網狀的結構形態。同時，石墨烯具備的卓越電學性能和機械性能，也是許多科研工作人員將精力放在石墨烯的復合材料研究上的一個重要原因。
4.1聚合物基石墨烯復合材料
實際上對聚合物基石墨烯復合材料早己有之，學者們首先考慮到采用插層法處理聚合物和氧化石墨，利用氧化石墨烯與聚合物之間的相互作用實現高聚物/氧化石墨烯復合材料的功能化，同時也通過這種方法實現石墨剝離成石墨烯薄片的過程。
