石墨烯是一种具有诸多优异性能的二维纳米碳材料，在电子器件、复合材料和能源材料领域都具有重要的应用价值。将石墨烯作为构筑基元的宏观组装，以功能为导向，通过工艺设计控制石墨烯的堆积结构，进而将石墨烯组装成为高性能宏观材料。到目前为止，液相组装是最有效的大规模制备石墨烯宏观组装材料的方法。这种方法基于石墨烯的维度、尺寸、形状和化学性质等特点，通过调节分散液中石墨烯片与片、石墨烯片与分散介质、石墨烯片与另一分散相之间的相互作用，以实现组装的目的。　　氧化石墨烯是化学转化石墨烯重要的前驱体。它超高的宽厚比使得它的分散液在极低的浓度下就可以形成液晶。这一性质对于构筑有序宏观材料具有重要的意义。通常情况下，氧化石墨烯液晶仅能存在于较低离子强度环境或高极性有机溶剂中。而在复合材料制备或是生物应用中，往往需要它能适用于其它苛刻的环境中。如何制备稳定存在于高离子强度或低极性溶剂中的氧化石墨烯液晶仍是一个亟待解决的问题。氧化石墨烯液晶性质的一个重要应用是通过湿法纺丝技术连续地制备石墨烯纤维。该纤维在轻质电缆、柔性电子器件等领域具有重要的应用价值，但其强度还有待提高。除了一维的纤维，将液相中的氧化石墨烯快速组装成其它维度的具有实际用途的功能性宏观材料仍然是一项重大的挑战。针对石墨烯宏观组装中存在的以上三个问题，本论文开展了深入的研究:其一，通过聚合物修饰，实现了在高离子强度环境或低极性溶剂中氧化石墨烯液晶的稳定;其二，制备了聚合物接枝的氧化石墨烯，并将其作为构筑基元，通过液晶纺丝技术，得到了高强度的仿贝壳石墨烯纤维;其三，开发了界面离子诱导组装技术，用于多种形态的致密或多孔石墨烯涂层或自支撑材料的连续化制备。主要工作如下:　　1.将具有高度水合能力的聚电解质吸附在氧化石墨烯片上，提高了氧化石墨烯胶体稳定性，实现了氧化石墨烯液晶在从0M到饱和NaCl溶液中的稳定。采用偏光显微镜、冷冻扫描电镜和离心沉降等手段，确认了聚合物修饰的氧化石墨烯液晶在极端离子强度下的稳定存在。用实验证明了聚苯乙烯磺酸钠在氧化石墨烯片上的吸附量随聚合物浓度的升高而增加，揭示了高离子强度环境和氧化石墨烯的低氧化程度有利于聚苯乙烯磺酸钠与氧化石墨烯的缔合作用这一规律。　　2.通过原位聚合实现了聚合物对氧化石墨烯的共价接枝，改变了氧化石墨烯的良溶剂种类，实现了氧化石墨烯在氯仿等低极性溶剂中的稳定分散，进而得到了在低极性溶剂中稳定存在的氧化石墨烯液晶。聚合物接枝氧化石墨烯具有三明治结构。将其作为构筑单元，通过液晶湿法纺丝技术，以电解质溶液为凝固浴，得到了具有仿贝壳结构的石墨烯纤维。接枝聚合物的引入，既增加了层间作用力，又增加了高分子与氧化石墨烯的界面强度。因此，这种仿贝壳复合纤维表现出很高的拉伸强度(440±60 MPa)和断裂韧性(7.8 MJ/m3)，优于纯氧化石墨烯纤维和氧化石墨烯/聚合物共混纤维。基于实验结果，探索出聚合物含量对于这种仿贝壳复合纤维的强度的影响规律，并提出了描述聚合物接枝量与力学性能关系的公式。　　3.为了将液晶凝固湿法纺丝技术进行改进和拓展，开发了界面离子诱导组装这一快速有效的新型宏观组装技术。该技术可用于构筑石墨烯涂层或其他具有丰富形状的自支撑材料，包括石墨烯膜与石墨烯空心纤维等。实验发现，离子在氧化石墨烯溶胶中扩散并使其凝胶化时，存在一个稳定扩散浓度，其数值与该离子种类的临界絮凝浓度具有明显的相关性。进而证明了可通过离子浓度的调节，实现涂层厚度的控制。与以往报道的石墨烯膜生产方式的最大不同在于，这种界面离子诱导组装技术可以实现干态厚度大于10微米的氧化石墨烯涂层的简易可控制备。利用该技术可制备得到具有优秀电磁屏蔽性能的石墨烯涂层织物（6.8μm时为22 dB），优秀超级电容性能的石墨烯水凝胶(0.25 A/g时为193 F/g，50 A/g时为149 F/g，200A/g时为135 F/g)和金属上的防化学腐蚀涂层。　　4.将界面离子诱导组装技术应用到全石墨烯同轴纤维电容器的制备中。以湿法纺丝得到的石墨烯纤维和界面离子诱导组装技术得到的石墨烯管状纤维作为超级电容器的两极，制备了具有整合结构的同轴纤维型超级电容器。得益于两个电极“面对面”的结构形态，该同轴纤维电容器表现出了比平行排列型纤维电容器更高的面积比电容(205 mF/cm2)和优秀的倍率性能（6.13 A/g下，质量比电容109 F/g）。为提高纤维超级电容器的工作电压以适应实际应用需求，采用有机相凝胶电解质，从而将其电压窗提高到2.4V，功率密度提升至104μWh/cm2。　　5.基于界面离子诱导组装技术，开发了适于大规模制备氧化石墨烯凝胶球的”湿法纺球”技术。并通过普通冷冻和常压干燥，将氧化石墨烯凝胶球转化为弹性石墨烯气凝胶球。该气凝胶球具有蜂窝状的微观结构和超高的压缩强度。经2500摄氏度高温处理后，其孔壁由200 nm膨胀为500 nm。膨胀孔壁赋予了石墨烯气凝胶球更好的回弹能力:该气凝胶球经40万倍于自身质量的砝码压缩500次之后（压缩率＞95％），其形状仍能完全回复;经过1000次70％压缩率下的循环压缩后，形状仍能完全回复，压缩强度保持为初始值的70％。这一发现为制备高弹性石墨烯气凝胶提供了一种新的思路。该气凝胶球兼具石墨微晶和多孔形态，有利于离子插层和传输，因此将其用作铝离子电池正极材料，比容量可达到90 mAh/g。以正极材料质量计算，其能量密度达到160Wh/kg。