Atualmente, vários nanomateriais tem sido estudados como reforço para resinas epóxi. Embora seu uso seja altamente promissor, a literatura tem reportado algumas dificuldades em relação à melhora das propriedades mecânicas em nanocompósitos. Estas dificuldades devem-se geralmente à dispersão dos nanomateriais e sua adesão à matriz polimérica. Uma abordagem para este problema é a funcionalização de nanomateriais tais como nanotubos de carbono (CNTs) e grafeno. Neste trabalho, estudou-se a síntese e funcionalização dos CNTs e do óxido de grafeno (GO) bem como seu emprego em nanocompósitos baseados em resina epóxi. Os CNTs foram sintetizados a 850 °C em um forno de quartzo, a partir dos vapores de hexano e ferroceno, e funcionalizado por tratamentos com ácidos e etilenodiamina. O GO foi obtido por meio da esfoliação da grafite através de um método de Hummers modificado. Os nanomateriais foram caracterizados por espectroscopia Raman, FT-IR, XRD e MEV. Os nanocompósitos foram preparados com esses nanomateriais e avaliados por DMA, bem como por ensaios mecânicos de tração e flexão. A caracterização dos nanomateriais comprovou a funcionalização dos CNTs e revelou que a grafite foi parcialmente oxidada, preservando algumas camadas. Através da caracterização termomecânica dos nanocompósitos, observou-se que ambos os nanomateriais causaram uma melhora nas propriedades tênseis, sugerindo uma ligação química entre cada nanomaterial e a matriz epóxi. As amostras reforçadas com GO apresentaram maior rigidez, aumentando as propriedades tênseis em até 48% e tendo influência negativa nas propriedades flexurais (-40%). Também se observou que nanocompósitos reforçados por CNTs não funcionalizados reduzem ambas as propriedades tênseis e flexurais da matriz epóxi. O melhor desempenho das amostras reforçadas com GO foi atribuído principalmente à elevada concentração de oxigênio no material.