本书聚焦材料科学前沿，概述了水凝胶基础特性和面临的性能瓶颈，详述了主要碳基材料的特性、制备及其功能优势。以四类典型碳材料为主线，系统解析其与水凝胶复合的设计策略、制备工艺、性能优化机制及其在生物医学、环境修复、柔性电子、能源存储等领域的多样化应用场景。精选实验案例，从结构－性能关联角度剖析设计逻辑。总结了当前研究现状，识别挑战，并展望未来发展方向与突破路径。 本书兼具学术深度与实践价值，既涵盖基础理论与前沿进展，又注重案例分析与优化策略，旨在为材料科学、化学化工、环境工程及生物医学等交叉学科的研究人员、高校师生和企业研发人员提供全面的理论参考与技术指导，推动碳基复合水凝胶从基础研究向实际应用的加速转化。

第一章 水凝胶简介
1.1 水凝胶概述
1.2 水凝胶性能分析
1.2.1 物理性能
1.2.2 化学性能
1.2.3 生物性能
1.2.4 功能化性能
1.3 性能优化方向
1.4 挑战与未来展望
参考文献
第二章 碳基材料概述
2.1 生物炭
2.1.1 制备方法
2.1.2 结构特性
2.1.3 应用领域
2.2 氧化石墨烯
2.2.1 制备方法
2.2.2 结构特性
2.2.3 应用领域
2.3 碳纳米管
2.3.1 制备方法
2.3.2 结构特性
2.3.3 应用领域
2.4 碳量子点
2.4.1 制备方法
2.4.2 结构特性
2.4.3 应用领域
参考文献
第三章 生物炭复合水凝胶
3.1 生物炭的特性及其作为改性剂的优势
3.2 生物炭复合水凝胶的制备方法
3.2.1 物理复合
3.2.2 化学复合
3.2.3 其他前沿制备技术
3.3 生物炭复合水凝胶的结构特点
3.4 生物炭复合水凝胶的应用
3.4.1 环境修复与污染治理
3.4.2 农业资源利用
3.4.3 能源存储与催化
3.4.4 生物医学
3.4.5 智能传感材料
参考文献
第四章 碳纳米管复合水凝胶
4.1 碳纳米管作为水凝胶改性剂的核心优势
4.2 碳纳米管复合水凝胶的制备方法
4.2.1 物理共混法
4.2.2 原位聚合法
4.2.3 冻融循环法
4.2.4 自组装法
4.2.53 D打印/定向组装法
4.3 碳纳米管复合水凝胶的结构特点
4.4 碳纳米管复合水凝胶的应用领域
4.4.1 生物医学领域
4.4.2 柔性电子领域
4.4.3 环境工程领域
4.4.4 能源领域
4.4.5 工业制造领域
4.4.6 新兴前沿领域
参考文献
第五章 氧化石墨烯复合水凝胶
5.1 氧化石墨烯结构特性及作为水凝胶改性剂的特点
5.1.1 氧化石墨烯结构特性
5.1.2 氧化石墨烯作为水凝胶改性剂的特点
5.2 氧化石墨烯改性水凝胶制备方法
5.2.1 原位聚合法
5.2.2 一锅法
5.2.3 自组装法
5.2.4 其他聚合方法
5.3 氧化石墨烯对水凝胶结构与性能的影响
5.3.1 氧化石墨烯对水凝胶结构的影响
5.3.2 氧化石墨烯对水凝胶性能的影响
5.4 GO改性水凝胶的应用
5.4.1 工业废水处理
5.4.2 缓解“热岛”效应
5.4.3 柔性器件及医用材料
5.5 结语
参考文献
第六章 碳量子点复合水凝胶
6.1 碳量子点结构特性及表面修饰
6.2 CDH制备方法
6.2.1 碳量子点共聚法
6.2.2 碳量子点交联法
6.2.3 碳量子点浸渍包埋法
6.3 碳量子点复合水凝胶的性能及应用
6.3.1 碳量子点对水凝胶性能的影响
6.3.2 CDs复合水凝胶应用
6.4 结语
参考文献
第七章 碳基材料复合水凝胶的结构-性能关联研究实例
7.1 氧化石墨烯复合水凝胶的制备及溶胀性能
7.1.1 GO改性PAA-AM复合水凝胶的制备及聚合条件优化
7.1.2 GO改性PAA-AM复合水凝胶的吸水溶胀性能
7.2 氧化石墨烯复合水凝胶吸附剂的制备及性能
7.2.1 氧化石墨烯复合水凝胶吸附剂的制备及结构表征
7.2.2 氧化石墨烯用量对水凝胶力学性能、吸水性和吸附性能的影响
7.2.3 PAA-AMPS/SA-GO的溶胀特性
7.2.4 PAA-AMPS/SA-GO的吸附性能
7.3 生物炭复合水凝胶吸附剂的制备及性能
7.3.1 生物炭复合水凝胶的制备及结构表征分析
7.3.2 生物炭用量对复合水凝胶吸附性能的影响
7.3.3 吸附性能分析
7.3.4 吸附等温线
7.3.5 吸附动力学
7.3.6 吸附热力学
7.3.7 机理分析
参考文献
第八章 总结与展望
8.1 当前研究存在的关键挑战
8.2 未来发展方向与重点突破路径
8.2.1 构建基础研究新范式
8.2.2 工程技术的革命性突破
8.2.3 学科交叉催生的颠覆性应用
8.2.4 产业生态系统的重构
附录