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三维石墨烯是由二维石墨烯在宏观尺度上构成的一种新型碳纳米材料,在继承石墨烯高导电率、大比表面积、超高强度、化学稳定性等优异性能的同时,特殊的三维微纳米结构还赋予其更高的比表面积、大的孔隙率、优异的可压缩性、相互连接的导电网络和特殊的微环境,使其在传感器、柔性电子设备、热能工程、负载催化以及储能等方面具有极大的应用价值。然而,目前传统方法所制备的三维石墨烯大多由二维石墨烯随机整合而成,结构的可控性和重复性较差,使石墨烯优异的性能受限。3D打印是一种新型的增材制造工艺,具有简单、快速、可个性化设计等特点。相比于传统制备方法来说,无需模板辅助,可基于软件模型设计,获得结构可控、形状多样化、大尺寸的三维石墨烯,为实现三维石墨烯的可控制备与设计提供了有效技术支持。本课题着眼于利用3D打印技术,对三维石墨烯及其复合材料进行可控制备与结构性能设计,为石墨烯基的复合材料制备提供借鉴作用。本课题首先利用表面活性剂、增稠剂、低沸点溶剂等组分系统制备了几种不同石墨烯含量的浆料,其流变性能结果显示浆料粘度随剪切速率增加而减小,在10-1103 s-1范围内,粘度从103降低到0.1 Pa?s左右,表现出适于3D打印的剪切稀化特点。随着石墨烯含量从25 wt%提高到50 wt%,其浆料的储能模量也增加了近一个数量级,同时也加强了浆料在打印成型过程中的自支撑性能。打印出的三维石墨烯微观形貌显示,石墨烯浆料从喷嘴中挤出时,在非均匀的剪切应力作用下会发生定向排布,而这种定向排布则会导致三维石墨烯横向电导率是纵向电导率的两倍,表现出明显的各向异性。另外,利用3D打印对三维石墨烯纤维直径、层厚等三维结构的设计证明宏观结构设计可以对其性能实现调控。其次,我们利用化学气相渗透法,在打印的三维石墨烯基础上,引入SiC颗粒填充石墨烯片层间,获得了三维石墨烯/SiC复合材料。断面的微观形貌显示引入的SiC可均匀分布在石墨烯片层间,促使石墨烯片在复合材料中起到了拔出增韧的效果。增大反应气压可改善产物形貌,提高结晶度与致密化程度,使产物压缩强度提高2倍以上。延长保温时间有利于提高复合材料致密化程度,改善力学与电学性能,其中保温50h的50 wt%三维石墨烯/SiC的抗压缩强度高达180 MPa,电导率为2500 S/m,超过现有文献中所报道的3D打印石墨烯/SiC材料的力学和电学性能的2倍以上,体现了将3D打印三维石墨烯结合化学气相渗透技术的优势。最后,基于三维石墨优异的电学和力学性能,我们打印了具有高灵敏度、高可伸缩性的三维石墨烯/聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料,可用作应变传感器。实验中打印的三维石墨烯/PDMS纤维电导率最高可达30 S/m,可拉伸应变高达170%,可贴于人体手指、喉咙等不同部位,实现对关节运动和微小肌肉运动的实时量化监测。三维石墨烯/PDMS的压缩循环实验显示,在30%应变下经过90次循环后的形变量低于5%,最大应力保持率接近100%,体现出优异的弹性性能。其压阻曲线表明三维石墨烯/PDMS在不同压缩频率、不同应变及耐久性测试方面表现出很好的稳定性及实时响应特点。