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三维石墨烯材料的微观孔结构大多通过二维石墨烯整合过程中随机出现或致孔产生，孔结构可控性及重复性差。因此，在宽孔径范围内实现三维石墨烯孔尺寸可控仍是难点。其次，如何有效防止石墨烯纳米片在形成三维结构过程中的重新堆积、完好保持石墨烯片层性质仍是难点。
石墨烯被定义为：一种由碳原子以 sp2 杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。但为何还有所谓的三维石墨烯呢？近日在一场演讲中听到全国纳米技术标准化技术委员会秘书长指出：石墨烯是「结构」的总称，而石墨烯「材料」包括：单层、双层、多层及量子点等，这样就可以扩大解释三维石墨烯是属于石墨烯「材料」，可以不用「结构」的角度去从严解读。
三维石墨烯则由二维石墨烯片整合而成，具有特定的三维微／纳米结构。
三维石墨烯材料还具有层压式或多孔结构，在能量存储、催化、环境修复、传感器和电容器等方面展现了独特的性能，并有望作为柔性、可伸缩材料使用。
