本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備三維石墨烯微結(jié)構(gòu)填料改性的聚合物復(fù)合材料的方法。所述方法包括以下步驟：將石墨烯泡沫和聚合物液態(tài)介質(zhì)加入到容器中，進(jìn)行機(jī)械攪拌，對其中的石墨烯泡沫進(jìn)行破碎得到混合懸浮液；將混合懸浮液通過排氣、析出、冷卻或直接引發(fā)聚合的方法得到所述三維石墨烯微結(jié)構(gòu)填料改性的聚合物復(fù)合材料。本發(fā)明中所述石墨烯填料具有特殊的三維微結(jié)構(gòu)，其具有較大的徑厚比以及不同于通常石墨烯的片狀的不規(guī)則空心管的存在形態(tài)；同時，所述聚合物復(fù)合材料形狀和加工方法不受限于所用的石墨烯泡沫的尺寸形態(tài)，具有成型多樣性和工業(yè)可行性。