石墨烯片与不同类型的聚合物、金属或金属氧化物结合，可增强其强度和性能，这使它适用于某些特定的应用。虽然石墨烯片具有优异的机械强度、良好的导电性和热稳定性，除非它被密封在其他基体中，不然很难利用石墨烯的这些特殊性质。科学家们发现，利用合适的聚合物制成的复合材料有助于这些特殊性质的应用。石墨烯复合聚合物的性能也取决于石墨烯在聚合物基体中的分布，以及石墨烯的碳原子与聚合物基体的官能团的结合。

石墨烯片与聚合物基体的结合具有多种方式，如原位聚合、熔融条件下进行混合等。聚合物石墨烯复合材料无论在学术领域还是在商业规模上都已取得了很大进展，因此我们很难论及所有可能的方式。对本课题的详细论述可参考齐小英等（Qi Xiao ying et al，2013）的研究，它涵盖了各种石墨烯复合材料的类型及应用。在这里，我们就一些具体的例子进行讨论。如果石墨烯在聚合物中是可溶解或可分散的，那么溶液混合是一种普遍、简单的方法且可用于大规模制备。例如：水溶性的聚乙烯醇（poly vinyl alcohol）可以与氧化石墨烯（GO）混合，然后进行聚合。有机溶性聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚己内酯（PCL）、聚氨酯和聚苯胺（PAN），已成功地与还原氧化石墨烯（rGO）进行了聚合。为了提高石墨烯的溶解度，人们也已做了很多研究，使其能在适当的溶液中溶解。

人们在聚合物与半导体和石墨烯片结合方面也做了很多研究。此类聚合，通过交替的双、三重键以及与芳族或杂芳环建立连接。此类聚合物的合成可应用于有机发光二极管（OLED）、光伏电池、有机激光器、太阳能电池、超级电容器等领域。石墨烯泛纳米复合材料可通过在酸性溶液中将苯胺悬浮于石墨烯或还原氧化石墨烯进行聚合而成。这种泛纳米复合材料已用于开发超级电容器的电极。还原氧化石墨烯-聚吡咯纳米复合材料具有良好的生物相容性、多孔结构以及良好的电子和离子导电性。由于这些特性，这种纳米复合材料已被用作生物传感器，且展现出良好的选择性和灵敏度，特别体现在对人体血清中多巴胺的检测上。(www.daowen.com)

下文将列举一些在不同的应用中增强石墨烯机械强度的方法。