石墨烯是sp²杂化单原子层的二维晶体,具有优异的机械强度（1.1 TPa）、快的电子传导速率(106 S cm^-1)和高的导热性(5300 W m^-1 K^-1),兼具高比表面积(2600 m²g^-1)、高透明度（97.7%）、结构稳定等,近年来引起了科学研究人员的广泛关注。本论文以石墨烯为基础材料,开展对自组装三维（3D）石墨烯功能材料及性能研究,发掘其在压力传感器、超疏水材料和太阳能水清洁等方面的应用。研究成果如下:在第一项工作中,我们采用加入表面活性剂改变溶液表面张力的方法,在高速搅拌的情况下使聚苯乙烯均匀的分散在石墨烯溶液里。通过石墨烯和聚合物的组装、冷冻干燥和热处理的方法,制备出轻质、大孔和超弹的3D聚苯乙烯/石墨烯气凝胶,并对其机械性能进行测试,探索其在压力传感器方面的应用。结果表明,所制备的3D聚苯乙烯/石墨烯气凝胶具有优异的机械性能,在压缩80%的情况下压力可以达到80kPa,同时具有非常优异的电化学性能。制备的压力传感器具有很高的压缩稳定性和灵敏度,在压力传感器、弹性导体和可穿戴器件方面具有很好的应用前景。在第二项工作中,我们首次制备了3D聚苯乙烯/石墨烯胶囊结构泡沫,并对其压缩性能、压力传感器和粘性超疏水等方面的性能进行研究。结果表明,所制备的聚苯乙烯/石墨烯胶囊结构泡沫表现出优于一般商业泡沫的机械性能,最大压缩程度可以达到95%,压力达到165 kPa。由于胶囊结构的存在,聚苯乙烯/石墨烯泡沫在较低的压力范围内（0.95⁴95 Pa）表现出非常高的压力传感灵敏度(ca.1.83 kPa^-1)。同时,由于聚苯乙烯的修饰和独特的胶囊结构的存在,制备的3D石墨烯泡沫具有很好的粘性超疏水性能,并在水清洁、污水处理和水滴转移等方面具有潜在的应用价值。在第三项工作中,我们采用简单可行的方法首次大规模制备了石墨烯片垂直取向的薄膜材料（VA-GSM）。通过氧气等离子体刻蚀使VA-GSM具有很好的亲水性,结合垂直取向的水通道,便于水分子的逃离。同时VA-GSM展现出优异的光吸收和光热转换能力。采用太阳能对制备的VA-GSM进行水蒸气产生进行测试,在4 kW m^-2光强度下太阳能转化效率高达90.6%,优于之前所报道的很多工作。随后利用VA-GSM进行太阳能海水、浓酸浓碱和重金属溶液的水净化,离子去除率都高达99.1%。相比纳米过滤膜,反渗透膜和电渗透等水净化技术,利用VA-GSM太阳能水清洁具有更低的消耗、更高的离子去除率和低的操作压力。