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超级电容器因其快速充放电、高的功率密度和长的循环寿命等优点成为重要的能源存储器件。现在,随着可穿戴及便携式电子设备的迅猛发展,柔性超级电容器因其具有优异的弯曲、折叠性能和高的比容量成为研究的热点。而在工程领域,为了实现储能器件的机械完整性（如刚性、强度等）,开发既具有高力学强度又有优异电化学性能的结构/刚性超级电容器也具有重要的研究意义。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素之一,本文针对以上问题,利用具有高赝电容贡献的导电聚苯胺（PANI）与优异电导率和高力学强度的石墨烯为原材料,通过对材料结构设计,采用不同方法制备了多种具有三维结构的石墨烯/PANI基复合水凝胶作为电极,探究了复合水凝胶的分子结构、形成机理,并详细研究了其力学和电化学等性能,以应用到柔性超级电容器或结构/刚性超级电容器等领域中。本论文的主要研究成果如下:（1）水热法制备PANI水凝胶及石墨烯/PANI复合水凝胶（GPH7）。7 mg mL-1PANI分散液及其与1 mg mL-1氧化石墨烯（GO）经180°C水热反应形成PANI水凝胶和GPH7水凝胶。合成的纳米片状PANI经分子间自交联作用相互连接成三维网络结构。GPH7水凝胶表现出石墨烯和PANI组分紧密交联的三维网络结构。PANI水凝胶和GPH7电极组装的柔性固态超级电容器均具有较高的比电容(分别为484和519.2 mF cm-2)、机械弯曲稳定性（2000次弯曲循环电容保留几乎100%）和能量密度(42.96和60.9μWh cm-2)。该研究发展了PANI分散液直接交联制备PANI水凝胶的方法。（2）水热法合成间苯二胺（mPD）修饰的石墨烯/PANI水凝胶（GMPH7）。在上述GO和PANI体系中引入1 mg mL-1 m PD,经180°C水热处理获得GMPH7水凝胶。PANI穿插在石墨烯片层间,形成三明治层状交联网络结构。mPD的引入弱化了GO和PANI之间的相互作用,保留了PANI的共轭结构,从而GMPH7表现出优异的电化学性能,电流密度为1 A g-1时比电容可达514.3 F g-1。GMPH7组装成柔性固态超级电容器,在1 m A cm-2时比电容为584.7 m F cm-2,循环弯曲2000次后电容保留率为108%,能量密度可达81.28μWh cm-2。该优良的电化学性能和柔韧性使GMPH7超级电容器在柔性可穿戴电子设备领域具有广阔的应用前景。（3）基于双网络设计制备功能化石墨烯/PANI刚性水凝胶(DN-PGH/PANIPA)。在水热制备的功能化石墨烯水凝胶（PGH）网络中原位限域聚合苯胺得到DN-PGH/PANIPA水凝胶。PANI表现出纳米点突起和纳米纤维相结合的独特形貌,其中纳米点突起紧密地锚在石墨烯壁上,纳米纤维与石墨烯片相互交联构成双交联网络。DN-PGH/PANIPA水凝胶表现出良好的刚性和高的拉伸强度（1.39 MPa）,对应的断裂伸长率为0.42%。所制备的对称超级电容器表现出优异的面积比电容(3488.3 m F cm-2)、倍率性能、循环稳定性（10000次电容保留率为82.1%）和能量密度(155μWh cm-2)。该双交联网络设计策略发展了开发其他刚性电极材料作为高性能结构/刚性超级电容器方法。（4）提出共价交联思路合成高力学强度的多功能芳纶纳米纤维/多孔石墨烯/PANI水凝胶（ANF/r HGO/PANI）。ANF/多孔氧化石墨烯/PANI（ANF/HGO/PANI）分散液经溶剂交换过程形成水凝胶,随后经120°C水热处理后获得高强的ANF/rHGO/PANI水凝胶。ANF/r HGO/PANI水凝胶在高的抗压强度下（13.8 k Pa）仍表现出良好的力学可回复性。冷冻干燥得到的复合气凝胶对各种油（如泵油、煤油等）具有高的吸附量(24.5-44.0 g g-1)。真空干燥的复合膜呈现出良好的拉伸强度（95.5 MPa）。ANF/r HGO/PANI气凝胶膜组装的柔性固态超级电容器即使在承受弯曲和拉伸力的状态下仍然保持较高的电化学稳定性。ANF/r HGO/PANI薄膜在酸碱环境中具有良好的可见光选择吸收能力。该复合水凝胶基材料优异的多种性能使其在油污处理、柔性承载能源储存设备和光学滤膜等领域中具有广阔的应用潜力。（5）基于组分和热处理协同增强思路制备石墨烯/ANF/PANI纤维复合气凝胶（r GO/ANF/PANIF）。在GO和PANIF分散液中引入ANF力学增强材料,经90°C加热反应制备了r GO/ANF/PANIF复合水凝胶,冷冻干燥后经300°C热处理获得rGO/ANF/PANIF复合气凝胶。复合气凝胶具有良好的回弹性和导电性。所制备的压力传感器表现出低的检测下限（40 Pa）、高的灵敏度(1.73 kPa-1)、宽的检测范围（0.04-7.0 kPa）和优异的循环稳定性。组装的固态超级电容器表现出较高的比电容(185.6 F g-1)和良好的循环稳定性（2000次循环后电容保留率为80%）。该复合气凝胶优良的传感性能和电化学性能使其在压力传感和超级电容器等电子设备领域具有应用价值。