斯坦克维奇等（Stankovich et al.，2006）研究指出，当石墨烯分散在聚苯乙烯（PS）中时，渗滤阈值仅为0.1%（体积分数），这是由于官能化石墨烯在聚苯乙烯中具有优异的分散性。此外，由于加入了1%（质量分数）的石墨烯，母基体的力学性能和热性能也得以增强。另外，石墨烯将绝缘聚苯乙烯基体转换为导电复合材料。

通过进一步研究，拉马纳坦等（Ramanathan et al.，2008）用官能化的石墨烯片制造出聚合物纳米复合材料，它提供了良好的聚合物-粒子的相互作用。他们尝试了两种不同的聚合物，当加入聚丙烯腈和1%（质量分数）的官能化石墨烯片时，玻璃转化在温度超过40℃时发生变化。然而，当在聚甲基丙烯酸甲酯中只加入0.05%（质量分数）的石墨烯片时，他们发现玻璃转化温度只有30℃。类似的趋势也发生在模量、极限强度和热稳定性上。他们也证实，官能化石墨烯片-聚甲基丙烯酸甲酯比单壁碳纳米管-聚甲基-丙烯酸酯复合材料具有更高的机械强度。(www.daowen.com)

另一种用于提高石墨烯机械强度的尝试是使用亲水性聚乙烯醇（PVA）或疏水性的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物。氧化石墨烯的合成与添加聚合物同时发生。通过这种方法，普茨等（Putz et al.，2010）通过真空辅助自组装（VASA）技术制备出高度有序的、均匀的多层氧化石墨烯聚合物纳米复合材料。由于库仑引力，组装组件之间产生相互作用。这些复合物展现出高度的秩序性。此方法中片间的间距可以通过在层间廊道加入聚合物来调整。加入材料的氢键能力影响着结构的模量和强度。与纯聚合物相比，将石墨烯加入聚乙烯醇可将刚度提高1000%，远高于混合定律（ROM），而聚甲基丙烯酸甲酯基复合材料的刚度仍与混合定律相同。然而，拉伸强度比原始聚合物提高了1100%以上。