由于具有特殊的表界面性质,超浸润材料在自清洁、微液滴操作、水油分离、防雾及防覆冰等多个领域已经得到广泛的应用。随着该领域不断地发展,复杂的使用环境对超浸润材料提出了更高的性能要求,发展具有多种功能的超浸润材料成为现今一个重要研究方向。作为一种新兴材料,石墨烯在构建多功能超浸润材料方面具有自身优势。但是目前已报道的石墨烯基材料多需要借助表面化学改性来实现其表面超浸润性,而这不可避免地影响了石墨烯的传导性,严重阻碍了智能石墨烯基超浸润材料的发展。针对以上问题,本文分别设计并制备了具有微纳分级结构的超浸润纯石墨烯基闭孔微球材料和开孔微球材料,研究了它们的表面浸润特性,阐述了其与水滴间的浸润机制。借助于石墨烯本身的特性,本文利用以上材料成功实现了多种感知性能,超浸润转化性能和可控黏附性能,并深入探索了这些性能的实现机理,指出了其在微液滴运输、环境感知等方面的重要应用价值。利用氧化石墨烯（GO）的两亲性,本文首先通过选择合适的油相制得了体系稳定的粒径可控的纯GO皮克林乳液,研究了乳液粒径与搅拌速率之间的对应关系,并阐述了该乳液的形成机制。然后通过冷冻油相法,在该乳液颗粒的壳层表面引入纳米级褶皱,最终利用抽滤、冷冻干燥和化学还原的方法得到了具有微纳分级结构的超疏水石墨烯基闭孔微球材料。该材料表面浸润性受微球尺寸控制,接触角从124.5o到152.7o可调,微球尺寸对浸润性的影响机制也在本文中被详细解释。此外,该材料对水滴的黏附性极高,黏附力大于77.8μN,可被用作微液滴运输的机械手。并且得益于纯石墨烯的成分,其导电性较好,可感知损伤,压力,并且在微液滴运输过程中可感知水滴位置,实现了材料媒介与功能的一体化。本文对上述感知功能的机理也进行了深入的探究。其次,为了实现超疏水性与超亲水性间的快速转化,本文通过蒸汽溢出法将微球成功打开,制得了一种同样具有微纳分级结构的开孔微球互通网络石墨烯材料。该材料表面同样表现出超疏水性,并且经过空气等离子体处理后能够快速转化为超亲水表面,最短转化时间仅为1 s,相较于已见的报道,其转化效率提高了数十倍。本文分别从物理和化学两方面对此种转化机理进行了深入探究,获得了等离子体处理时间与其表面浸润性之间的规律。此外,由于具有纯石墨烯成分,该材料的自身焦耳热性能十分优异,在施加20 V直流电压下8 s内即可升温至200℃左右。利用此种性质,该材料实现了表面超疏水性的快速恢复,其恢复机理同样也被深入研究。最终通过以上方法,本文完成了超疏水性与超亲水性间的超快可逆转化。另外,所制得的超亲水性的石墨烯基开孔微球材料在水下表现出超疏油性,通过控制等离子体处理时间可实现其对水下油滴的黏附力调控,本文也探究并阐述了具有不同黏附性的表面和油滴间的浸润机制。基于此种性质,该材料在水下完成了微油滴的定向运输。最后,为了控制超疏水材料对水滴的黏附性,本文提出了一种新的沸腾涂覆法来制备具有异质微观结构的聚丙烯/石墨烯复合材料。将制得的开孔微球石墨烯基材料浸泡在沸腾的聚丙烯-甲苯溶液中,从而使聚丙烯仅涂覆在其表面,而内部仍然为纯石墨烯结构。通过控制涂层的负载量实现了表面黏附性的可控,并利用其完成了对水滴的定向无损运输,且深入探究了其黏附性变化的机理。此外,借助于异质的微观结构,该材料能够同时实现表面低黏附性和对水滴的感知,可被用于感知下落水滴,并可识别水滴大小。另外,本文还通过更加简单的倒转干燥法制备了一种同样具有异质结构的聚二甲基硅氧烷/石墨烯基复合材料,并利用该材料完成了对入水和出水行为的感知,研究了其感知机理。