納米材料的自組裝是納米材料領域的研究重點，所謂自組裝(self-assembly)，是指基本結構單元(分子，納米材料，微米或更大尺度的物質)自發形成有序結構的一種技術。在自組裝的過程中，基本結構單元在基于非共價鍵的相互作 用下自發的組織或聚集為一個穩定、具有一定規則幾何外觀的結構。自組裝過程并不是大量原子、離子、分子之間弱作用力的簡單疊加，而是若干個體之間同時自發的發生關聯并集合在一起形成一個緊密而又有序的整體，是一種整體的復雜的協同作用。石墨烯可以視作一種二維大分子，其邊緣存在大量懸鍵及官能團，在利用軟模板和界面作用條件下，具有自組裝的潛力，可以形成管狀，球狀，薄膜狀的自組裝體；同時，作為碳材料基本組成單元，石墨烯在金屬催化劑作用下也有形成具有特殊形態微納碳材料的潛力。
1 ?管套管結構及靜電自組裝
2004年，中科院山西煤化所朱珍平教授等人‘刪報道了在碳納米管的管壁兩側的石墨烯納米片層自組裝，用來制備新型的管中管納米結構。通過硝酸的插層剝離作用，石墨剝離形成納米級的石墨烯，同時在這一過程中石墨烯邊緣被引入羧基和羥基。在一個酸催化的脂化過程中，改性后的石墨烯在開口碳納米管的內部和外部自組裝，得到一種結構良好的管套管納米結構的組裝體。
2 薄膜材料及界面自組裝
通過靜電相互作用制各石墨烯薄膜材料是石墨烯自組裝領域的研究重點。氧化石墨烯表面及邊緣位帶有大量的羧基，羥基官能團，在中性或者堿性環境下表面帶負電，并在超聲波作用下形成納米級的分散體。利用溶劑蒸發，重力沉降，流體力學，界面富集等作用，可以實現氧化石墨烯自發、負壓作用下有序排列，從而得到石墨烯薄膜材料。主要制備方法包括：兩相界面法，模板法，過濾法。
2.1兩相界面法
兩相界面法是利用具有親水(極性)或疏水(非極性)特性結構分子，在氣液界面，液液界面在外加機械力，溶劑揮發，分子富集等作用下得到自組裝體。Chen等報導了利用Langmuir-Blodgett技術，利用液相和氣相界面，在界面張力作用下，兩性物質結構形成緊密規則的分子排列，然后通過轉移至固體模板，得到單層或多層薄膜。在水與氯仿的界面處，以界面能為驅動力，使得疏水的石墨烯平展緊密排列后轉移到基體上可形成大面積單層薄膜，其電導率超過1000 S/cm，550 nm波長下透光率達到70％，可以作為液晶，太陽能板用ITO靶材。
2.2模板法
模板法是以有機分子或無機剛性材料為模板，通過氫鍵、離子鍵、范德華力等作用力，在溶劑輔助環境下使得模板劑對游離狀態下的無機或者有機前軀體通過限制空間方式引導，從而形成具有納米有序結構的薄膜或者體狀材料。該方
法主要用于有序介孔炭的合成，也被用于富勒烯和碳納米管有序陣列的制備。利用氨基功能化處理硅基板，在氧化石墨烯的懸浮液中，利用靜電相互作用，在硅基板表面生長一層氧化石墨烯，再接枝氨基化碳納米管，得到透光率極佳的石墨烯．碳納米管雜化薄膜。
2.3過濾法
過濾法利用濾液排出的負壓使得懸浮液中的納米粒子或大分子空間減小，被微孔濾膜截沉積于濾膜表面，并在溶劑流動中定向排列得到有序納米結構薄膜。此法曾被用于碳納米管布基紙及蛭石無機薄膜的制備。通過氧化石墨錫膠狀懸浮液進行陽極膜過濾，制備了堆疊式無支撐石墨烯紙。力學測試表明其具有良好的力學性能，拉伸模量高達42 GPa，并具有獨特的自增強行為。過濾法通過流體作用將二維氧化石墨烯連鎖瓦片式堆疊，可以得到一定厚度，良好力學性能的無支撐紙狀材料，還可通過懸浮液原位或后續碳化處理調控薄膜導電率。
2.4協同組裝
在Na0.44MnO4納米線中引入氧化石墨烯，發現納米線可以被石墨烯大分子改性，在氣液界面發生富集及并定向排列，作者推測石墨烯大分子改變了納米線的表面結構，在當時石墨烯濃度達到一定臨界值時，原本雜亂排列的納米線在Onsager理論下自組裝為納米線陣列。
3卷曲結構自組裝
早在碳納米管發現之初，人們就認為碳納米管是有二維石墨烯卷曲而成，理論計算與實驗都證實了這種推測。 Chert等使用數學模擬計算的方法研究了通過石墨烯制備納米卷曲的可能性，認為這種卷曲結構可以被用來作為儲氫和儲能材料，并且其電子性能與納米卷曲結構手性特征有關。與單壁納米碳管相比，搖椅型和鋸齒形的納米石墨卷曲具有更高能態費米量級，更小的半導體能隙。Savoskin等人利用發煙硝酸和臭氧氧化制備插層化合物(一階硝化石墨，呈現藍色)，得到的產物溶解于乙醇溶液，在大量氮氧化物和二氧化碳氣氛中，非熱處理條件下下，石墨片層被剝離成為石墨烯，使用超聲波處理制備納米卷曲組裝。
