石墨烯气凝胶具有连续三维网络结构,拥有超大比表面积、优异的导电、导热性能,在超级电容器、吸附、催化和电磁屏蔽等领域有着广泛应用。但石墨烯气凝胶受力后易破碎,限制了其在各领域的应用。为了提高石墨烯气凝胶可压缩性,本文开展了还原自组装法制备超轻可压缩石墨烯气凝胶研究。(1)比较了微晶石墨和鳞片石墨为原料对所得石墨烯气凝胶可压缩性的影响,结果表明鳞片石墨由于自身片层尺寸大且分布窄,能在自组装过程中获得结构均匀连续的石墨烯气凝胶被选为后续制备的原料;L-抗坏血酸由于处理方便且为酸性试剂,能简化还原工艺被选为后续制备的还原剂。(2)研究了还原剂用量、还原温度及时间对三维石墨烯结构、组成的影响,结果表明随着还原剂用量增加,石墨烯气凝胶密度及体积收缩率快速增加,最小值分别为12.99mg/cm3及84.60%,当还原剂与氧化石墨烯质量比达到3后趋于平缓,片层质量随还原剂用量先提高后降低,质量比为3时ID/IG达到最低值1.298。随着还原温度升高,石墨烯三维网格连续性提高,80℃时获得完整石墨烯三维结构,石墨烯片层质量先降低后提高,70℃下质量最差,ID/IG为1.291。随着还原时间增加,石墨烯气凝胶密度持续增加,体积收缩快速增加直至120min后趋于平缓,石墨烯片层缺陷减少,ID/IG在160min时达到最低值1.197,还原程度快速提升但120min后不再发生明显改变,C/O原子比在5.45附近波动。(3)研究了冷冻干燥前氨水浓度对石墨烯气凝胶结构、组成及性能的影响,结果表明多次洗涤和氨水处理石墨烯水凝胶赋予了石墨烯气凝胶可压缩性能,随着氨水浓度增加,石墨烯气凝胶密度和体积收缩率快速增加,浓度达到25wt%时发生激增,完全失去气凝胶结构;电阻率在5～10wt%区间内快速降低,相差达到20倍,随后在10Ω·cm附近波动。以10mL氧化石墨烯(3mg/mL)为原料,当还原剂用量为90mg、还原温度90℃、还原时间120min、氨水浓度为5wt%时,所得石墨烯气凝胶密度为6.82mg/cm3,样品收缩对负载非常敏感,可获得性能较好的超轻可压缩石墨烯气凝胶。(4)分析了石墨烯自组装过程中三维结构的形成过程,提出了一种石墨烯片层堆叠模型。氧化石墨烯片层在还原过程中由于斥力减少相互吸引,堆叠形成具有凸起的薄片结构,同时完成连接形成三维结构。随着还原程度增加,网格壁之间相互吸引堆叠形成新一阶段的网格,引起薄片结构发生平面收缩产生褶皱。网格吸引过程不断重复形成多层次多尺度三维空间结构,直至达到体系的还原极限。