根据石墨烯和聚合物之间相互作用的关系，石墨烯/聚合物复合材料一般能够分成三大类：石墨烯填充聚合物复合物，层状石墨烯/聚合物薄膜和聚合物功能化的石墨烯纳米片。 石墨烯/聚合物材料的互相作用机理由极性、分子量、疏水性、活性基团等决定。 溶液混合方法、熔融混合方法以及原位聚合方法是目前最常用的石墨烯/聚合物复合材料合成方式。 聚丁烯琥珀酸/GO（PG）纳米复合材料通过原位聚合反应可轻易的制备，其制备过程如图1-3。 所制备的PG复合材料表现出良好的拉伸强度和存储性能。 在石墨烯填充的聚合物复合材料中，石墨烯填充物是随机分布在聚合物基体中。 与这些材料不同，石墨烯的衍生物还可以在高度有序的微观结构中与聚合物复合，广泛适用于从分子到纳米颗粒范围内构建模块。 目前，朗格缪尔–布罗杰特组装方法在制备大比表面面积的、平的单层石墨烯聚合物薄膜方面是一项关键技术方法。 Kulkarni等将带有负电荷的功能化氧化石墨烯沉积在聚电解质薄膜上，例如聚烯丙胺盐酸盐以及聚苯乙烯磺酸钠，通过朗格缪尔–布罗杰特组装方法一层层的组装合成。 所制备的复合材料具有改进的定向的弹性模量。 在光伏器件中，层状石墨烯/聚合物复合材料已得到开发和应用。 聚合物功能化后的石墨烯纳米片可以一步合成，石墨烯衍生物通过共价键以及非共价键的功能化，可以作为聚合物修饰的二维模板。 Fang等发现了石墨烯纳米片的共价聚合物能够通过与原子转移自由基相互聚合，从而导致引发剂功能化（图1-4）。 引发剂分子是通过添加重氮与石墨烯表面共价结合，并与后续的原子转移自由基聚合物使聚苯乙烯链连接到石墨烯纳米片上。 因此，复合材料在聚合物基体中确保了石墨烯材料的分散性以及精确的界面调节控制。 此外，石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料已经被成功制备，并且具有高导电性和低渗阈值。 基于上述方法制备合成了大量的石墨烯/聚合物复合物，其中使用到的聚合物包括聚苯乙烯，聚苯胺，全氟磺酸，聚乙烯醇，聚碳酸酯等。 这些纳米复合材料具有各种性能，如高机械性能（弹性模量、抗拉强度、断裂韧性、疲劳和冲击力强度），高导电性，导热性，高热稳定性和降低气体渗透率。 由于石墨烯具有层状结构和优异的性能，可以将它作为沉积无机纳米粒子的一个基板。 一方面，可以将纳米颗粒嵌入到层状石墨中，阻止石墨烯的团聚。 另一方面，这些复合材料通过组成部分的协同效应可以赋予石墨烯新的功能，例如电子学，光学，传感器和催化应用方面[59]。 到现在为止，大量的金属/金属化合物纳米材料已经与石墨烯或其衍生物复合，包括金属（如金，银，钯，镍，铜，铁，钴）；金属氧化物（如二氧化钛，氧化锌、二氧化锡，二氧化锰]，四氧化三钴，四氧化三铁，氧化镍，氧化亚铜（氧化铜），二氧化钌，二氧化硅，三氧化二铝）；金属盐（如硒化锌、硫化锌、硫化镉，硒化镉，钨酸铋，钒酸铋、钽酸锶，铁酸锌，铌酸铟和钼酸铋）；银/银的卤化物（如Ag/AgCl和Ag/AgBr）。 石墨烯纳米复合材料的制备合成方法包括原位生长法合成法、水热和/或溶剂热法、溶胶-凝胶法、紫外/微波还原法和异位杂化混合方式。
