采用改进的Hummers法制备了五种具有不同氧化程度的氧化石墨烯(GO)。借助元素分析、X射线光电子能谱及FTIR红外光谱测试对所制备GO的组成及结构衍变进行了表征。利用光学显微镜对不同GO在固化剂异佛尔酮二胺(IPDA)中的分散状态进行观察,并将分散效果最佳的GO试样用于改性碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料。结果表明,随着氧化剂用量及反应时间的增加,GO的氧化程度也随之增加。在氧化程度较低时,GO表面官能团主要以羰基、羧基和酚羟基为主。随着氧化程度的不断提高,GO表面官能团主要为醚、环氧和醇羟基结构。GO在IPDA中的分散状态与其氧化程度密切相关,氧化程度最低和最高的GO均出现明显的聚集现象。另外,GO表面在分散过程中可被IPDA化学改性。在EP基体中加入分散效果最佳的GO(0.2wt%)后,与CF/EP复合材料相比,CF-GO/EP复合材料的弯曲强度、层间剪切强度和II型层间断裂韧性分别提高了14%、17%和14%。