石墨烯作为当前最火热的二维碳材料,因为其独特的片状结构和超强的光电热力学性质受到人们的高度青睐。三维石墨烯海绵为二维石墨烯应用的一种形式,由于其独特的空间结构和物理性质而在电磁屏蔽、压力传感器、催化吸附等方面具有重要的应用价值,研究高性能的三维石墨烯海绵材料具有重要的意义。本文从三维石墨烯的相关制作工艺入手,提出了一种以聚氨酯海绵为模板,利用改进型的二步还原法来制备三维石墨烯的方法,成功制备出了具有在电学力学以及电磁屏蔽领域具有优异性能的石墨烯/聚氨酯(PUG)海绵,这种产物既具备石墨烯的良好的导电性和高表比面积,又具备聚氨酯海绵的柔性和稳定性等优点。本论文的主要创新点和内容如下:(1)从实验和理论探索了这种改进型的两步水热还原法和一步水热还原法以及直接还原氧化石墨烯的方法的区别。在二步还原的过程中,通过对部分还原的氧化石墨烯(PRGO)纳米片进行预冻处理,对中间产物进行了可控调节,这样既能通过还原部分氧化石墨烯来减少片层间的分子斥力来增加石墨烯纳米片间Π-Π键的结合力,又能利用冰模板保证石墨烯海绵中三维导电网络的有序性和紧密型。(2)对PUG海绵形貌和结构进行了相关的表征测试,结果表明这种方法制备的三维石墨烯结构孔隙大小均匀,元素和官能团分布与被还原的氧化石墨烯类似被高度还原,证明了这种方法制备的PUG海绵具有优秀的微观结构和元素组成。同时还对PUG海绵的电学、压力电阻性能以及循环性能做了测试,发现其表现出了良好的导电性和近似线性负相关的压力电阻效应,这种性能使得PUG海绵具可调节电阻率和压力检测的能力。(3)对PUG海绵在X波段的电磁屏蔽性能进行了相关的研究,主要是利用控制变量法从材料的厚度、石墨烯的含量和电磁波的频段等多个影响电磁屏蔽的因素进行实验,实验结果表明,这种仅为10mm厚度的PUG海绵展现出25-30dB的电磁屏蔽性能和654-789dB.cm~2/g单位密度电磁屏蔽性能,具有超强的电磁屏蔽效应。通过理论研究石墨烯海绵电磁屏蔽机理和分析对比同类石墨烯电磁屏蔽材料性能,发现PUG海绵是一个以吸收屏蔽为主的电磁屏蔽材料,其优异的电磁屏蔽性能优于市场的大多数同类产品,同时低密度、高性能、可调节等特点也使得其能够应用于多种民用和军用电磁屏蔽场合。