石墨烯是一种由碳原子组成的单原子厚二维晶体材料,具有优异的力学性能,高导电性,大比表面积和良好的化学稳定性等。通过化学方法制备的化学修饰石墨烯片层上带有大量的官能团,改善了石墨烯的分散性和可加工性,使其可以通过多种相互作用进行组装。因此,化学修饰石墨烯是一种独特的构建三维多孔材料的结构基元。本论文系统研究了几种化学修饰石墨烯三维组装体的构建方法,并探讨了它们在应变传感或超级电容器中的应用。主要成果如下:将软模板法引入到水热法制备石墨烯凝胶之中,得到了一种新型的大孔石墨烯气凝胶。利用氧化石墨烯的两亲性,将正己烷这种非极性有机溶剂稳定地分散在氧化石墨烯水溶液之中,而不需要加入任何额外的表面活性剂。油滴在水热过程中起到模板的作用,氧化石墨烯在油滴周围还原并组装到一起,形成三维网络结构。这种大孔气凝胶的孔径在100μm左右,具有低的密度、良好的导电性和出色的弹性等特点。因此这种石墨烯气凝胶可以应用在压力传感之中。利用电化学还原法在金丝表面沉积了一层电化学还原氧化石墨烯,得到纤维状多孔电极,然后以此组装了一种柔性纤维超级电容器。电化学还原沉积快速、绿色、易于调控,可以方便地调控纤维状电极表面电化学还原氧化石墨烯的三维结构,进而控制柔性纤维状超级电容器的电容量。这种柔性纤维超级电容器具有良好的比容量和优秀的柔性,在柔性可穿戴电子设备等领域具有一定的潜力应用。仿照传统制陶工艺利用氧化石墨烯泥制备了一种多孔石墨烯陶。去除了传统Hummers法中的超声、透析、离心等步骤,该方法节约了大量经济成本与时间成本。多孔石墨烯陶是一种微观结构、机械性能和导电性各向异性的材料。它具有相对较高的密度和比表面积以及良好的导电性,这使得它是一种应用于超级电容器里的理想材料。多孔石墨烯陶具有良好的质量比电容(~200 F g-1)和超高的体积比电容(~200 F cm-3),同时还表现出良好的频率特性和稳定性。