"在新材料蓬勃發展的時代背景下，碳基復合水凝膠正成為連接基礎研究與高端應用的重要橋梁。本書系統整合水凝膠與碳材料兩大功能體系，深入剖析其復合機制與性能調控原理，全面呈現在生物醫學、柔性傳感、環境治理與儲能器件中的創新應用。
書中既有對基礎理論的清晰梳理，也有對典型工藝與實驗案例的深度解讀；既總結了當前研究進展，也提出了未來發展的關鍵路徑。內容翔實、結構嚴謹、視野開闊，體現了較強的學術前瞻性與工程實用性。"

本書聚焦材料科學前沿，概述了水凝膠基礎特性和面臨的性能瓶頸，詳述了主要碳基材料的特性、制備及其功能優勢。以四類典型碳材料為主線，系統解析其與水凝膠復合的設計策略、制備工藝、性能優化機制及其在生物醫學、環境修復、柔性電子、能源存儲等領域的多樣化應用場景。精選實驗案例，從結構-性能關聯角度剖析設計邏輯。總結了當前研究現狀，識別挑戰，并展望未來發展方向與突破路徑。
本書兼具學術深度與實踐價值，既涵蓋基礎理論與前沿進展，又注重案例分析與優化策略，旨在為材料科學、化學化工、環境工程及生物醫學等交叉學科的研究人員、高校師生和企業研發人員提供全面的理論參考與技術指導，推動碳基復合水凝膠從基礎研究向實際應用的加速轉化。

王向鵬，男，1989年8月生，山東石油化工學院教師，在讀博士，副教授，主要從事高分子功能材料改性、水凝膠合成及高分子復合材料制備等方面的教科研工作。主持并參與8項省部級、廳局級教科研項目。獲中國石油和化學工業聯合會技術發明獎三等獎1項。在國內外學術期刊發表論文20余篇，其中SCI、EI收錄10篇；授權發明專利2項。

第一章水凝膠簡介(1)
1.1水凝膠概述(1)
1.2水凝膠性能分析(3)
1.2.1物理性能(3)
1.2.2化學性能(5)
1.2.3生物性能(6)
1.2.4功能化性能(7)
1.3性能優化方向(8)
1.4挑戰與未來展望(9)
參考文獻(10)
第二章碳基材料概述(14)
2.1生物炭(15)
2.1.1制備方法(16)
2.1.2結構特性(22)
2.1.3應用領域(23)
2.2氧化石墨烯(28)
2.2.1制備方法(29)
2.2.2結構特性(33)
2.2.3應用領域(34)
2.3碳納米管(38)
2.3.1制備方法(38)
2.3.2結構特性(43)
2.3.3應用領域(45)
2.4碳量子點(48)
2.4.1制備方法(49)
2.4.2結構特性(54)
2.4.3應用領域(55)
參考文獻(62)
第三章生物炭復合水凝膠(69)
3.1生物炭的特性及其作為改性劑的優勢(69)
3.2生物炭復合水凝膠的制備方法(70)
3.2.1物理復合(70)
3.2.2化學復合(72)
3.2.3其他前沿制備技術(75)
3.3生物炭復合水凝膠的結構特點(78)
3.4生物炭復合水凝膠的應用(79)
3.4.1環境修復與污染治理(79)
3.4.2農業資源利用(80)
3.4.3能源存儲與催化(81)
3.4.4生物醫學(82)
3.4.5智能傳感材料(84)
參考文獻(86)
第四章碳納米管復合水凝膠(90)
4.1碳納米管作為水凝膠改性劑的核心優勢(91)
4.2碳納米管復合水凝膠的制備方法(92)
4.2.1物理共混法(92)
4.2.2原位聚合法(93)
4.2.3凍融循環法(94)
4.2.4自組裝法(95)
4.2.53D打印定向組裝法(97)
4.3碳納米管復合水凝膠的結構特點(98)
4.4碳納米管復合水凝膠的應用領域(100)
4.4.1生物醫學領域(100)
4.4.2柔性電子領域(101)
4.4.3環境工程領域(103)
4.4.4能源領域(104)
4.4.5工業制造領域(105)
4.4.6新興前沿領域(106)
參考文獻(107)
第五章氧化石墨烯復合水凝膠(111)
5.1氧化石墨烯結構特性及作為水凝膠改性劑的特點(111)
5.1.1氧化石墨烯結構特性(111)
5.1.2氧化石墨烯作為水凝膠改性劑的特點(112)
5.2氧化石墨烯改性水凝膠制備方法(112)
5.2.1原位聚合法(112)
5.2.2一鍋法(113)
5.2.3自組裝法(115)
5.2.4其他聚合方法(116)
5.3氧化石墨烯對水凝膠結構與性能的影響(117)
5.3.1氧化石墨烯對水凝膠結構的影響(117)
5.3.2氧化石墨烯對水凝膠性能的影響(118)
5.4GO改性水凝膠的應用(122)
5.4.1工業廢水處理(122)
5.4.2緩解“熱島”效應(123)
5.4.3柔性器件及醫用材料(123)
5.5結語(125)
參考文獻(126)
第六章碳量子點復合水凝膠(135)
6.1碳量子點結構特性及表面修飾(136)
6.2CDH制備方法(137)
6.2.1碳量子點共聚法(137)
6.2.2碳量子點交聯法(139)
6.2.3碳量子點浸漬包埋法(139)
6.3碳量子點復合水凝膠的性能及應用(140)
6.3.1碳量子點對水凝膠性能的影響(140)
6.3.2CDs復合水凝膠應用(144)
6.4結語(150)
參考文獻(150)
第七章碳基材料復合水凝膠的結構-性能關聯研究實例(157)
7.1氧化石墨烯復合水凝膠的制備及溶脹性能(157)
7.1.1GO改性P(AA-AM)復合水凝膠的制備及聚合條件優化(157)
7.1.2GO改性P(AA-AM)復合水凝膠的吸水溶脹性能(159)
7.2氧化石墨烯復合水凝膠吸附劑的制備及性能(162)
7.2.1氧化石墨烯復合水凝膠吸附劑的制備及結構表征(162)
7.2.2氧化石墨烯用量對水凝膠力學性能、吸水性和吸附性能的影響
(165)
7.2.3P(AA-AMPS)SA-GO的溶脹特性(166)
7.2.4P(AA-AMPS)SA-GO的吸附性能(167)
7.3生物炭復合水凝膠吸附劑的制備及性能(173)
7.3.1生物炭復合水凝膠的制備及結構表征分析(173)
7.3.2生物炭用量對復合水凝膠吸附性能的影響(177)
7.3.3吸附性能分析(177)
7.3.4吸附等溫線(180)
7.3.5吸附動力學(181)
7.3.6吸附熱力學(183)
7.3.7機理分析(183)
參考文獻(185)
第八章總結與展望(186)
8.1當前研究存在的關鍵挑戰(186)
8.2未來發展方向與重點突破路徑(187)
8.2.1構建基礎研究新范式(187)
8.2.2工程技術的革命性突破(188)
8.2.3學科交叉催生的顛覆性應用(189)
8.2.4產業生態系統的重構(190)
附錄(191)