本发明涉及一种热化学气相沉积制备三维石墨烯纤维的方法及其应用，在这种纤维中石墨烯片固定在纤维上，片的厚度、密度、生长速率可通过改变生长气氛和温度来调控，解决了石墨烯团聚的问题，石墨烯片边缘层数可达单层，片与片彼此接触形成了良好的三维的导电网络，电导率高达1.2×105S m‑1。这种三维石墨烯纤维材料具有超疏水的功能，接触角达到165°，同时对有机物有很好的吸附作用，接触角接近0°。此外，三维石墨烯纤维具有出色的电磁屏蔽功能，3μm厚的自支撑三维石墨烯纤维材料的比电磁屏蔽效能高达60932dB cm2/g。由于三维石墨烯纤维材料独特的结构和性质，其在功能复合材料、水处理、电磁屏蔽、传感器和能源领域具有多方面的应用潜力。