石墨烯（單原子層石墨）自從2004年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，引起了人們的廣泛關(guān)注，并被用在場(chǎng)效應(yīng)晶體管、超級(jí)電容器、鋰離子電池、氣體傳感器和化學(xué)傳感器等領(lǐng)域。二維石墨烯基復(fù)合薄膜、三維結(jié)構(gòu)石墨烯和三維結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合物是構(gòu)筑石墨烯微觀材料進(jìn)行宏觀應(yīng)用的一個(gè)有效途徑。噴墨印刷法是一種新興的方法，它將納米材料制成一種分散均勻的可溶性溶液，代替噴墨印刷的墨水，利用商用的噴墨打印機(jī)噴墨到各種基底上形成薄膜。氧化石墨烯水溶性非常好，完全可以作為噴墨印刷的墨水。研究人員采用商用的epsonR230打印機(jī)，以氧化石墨烯和多金屬氧酸鹽為墨水，交替噴墨到各種基底上（硅、石英玻璃、ITO玻璃、云母片等），形成氧化石墨烯/多金屬氧酸鹽(GO/PTA)n復(fù)合薄膜。之后，在紫外光的照射下，利用多金屬氧酸鹽的還原性將氧化石墨烯原位還原，從而獲得了還原的氧化石墨烯/多金屬氧酸鹽(rGO/PTA)n復(fù)合薄膜，其制備過(guò)程如下圖所示：
圖1 層層噴墨印刷法制備(rGO/PTA)n復(fù)合多層膜的過(guò)程示意圖
研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)此復(fù)合薄膜對(duì)多巴胺有著非常良好的電催化氧化特性，可作為潛在的電化學(xué)生物傳感器。相關(guān)研究成果發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)的期刊《物理化學(xué)化學(xué)物理》上（Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, 14, 12757–12763）。并且，文章還得到了當(dāng)時(shí)編輯的高度評(píng)價(jià)，并以Graphene printer helps fight Parkinson’s disease為題在《化學(xué)世界》（Chemistry world）上進(jìn)行報(bào)道。
除此之外，研究人員還發(fā)現(xiàn)石墨烯在還原過(guò)程中，由于非常強(qiáng)的π-π作用力，可以將其組裝成三維結(jié)構(gòu)的水凝膠。于是，研究人員以共沉淀法制備的Fe3O4和氧化的石墨烯溶液為前驅(qū)體，通過(guò)水熱的方法成功的制備了三維結(jié)構(gòu)的還原石墨烯/α-Fe2O3復(fù)合水凝膠。研究結(jié)果表明，復(fù)合水凝膠具有三維網(wǎng)絡(luò)狀的孔洞結(jié)構(gòu)，尺寸為50-100納米的α-Fe2O3納米粒子均勻的分布在石墨烯片層上。鑒于三維結(jié)構(gòu)的石墨烯基復(fù)合材料的微波吸收性能還未見(jiàn)報(bào)道，研究人員又詳細(xì)研究了此復(fù)合水凝膠的微波吸收性能（如圖2所示）。相對(duì)于純的石墨烯水凝膠來(lái)說(shuō)，復(fù)合水凝膠不但具有較低的反射損耗，還具有較寬的吸收頻帶。在頻率為7.12千兆赫茲時(shí)，復(fù)合水凝膠達(dá)到最低反射損耗-33.5 dB；在厚度僅為3毫米時(shí)達(dá)到最寬的低于-10dB（90%的電磁波被吸收）的吸收帶寬-6.4千兆赫茲（從10.8到17.2千兆赫茲)。其優(yōu)異的吸收性能可能是由于阻抗匹配的原因。純的石墨烯水凝膠具有較高的介電常數(shù)，太高的介電常數(shù)對(duì)阻抗匹配是有害的，它會(huì)導(dǎo)致很多電磁波被反射而沒(méi)有被吸收。而α-Fe2O3是一種半導(dǎo)體材料，它與石墨烯復(fù)合時(shí)必將影響石墨烯的導(dǎo)電率，從而降低介電常數(shù)，達(dá)到阻抗匹配的效果。此外，三維孔洞結(jié)構(gòu)對(duì)微波的吸收也起到重要的作用。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際核心期刊《材料化學(xué)A》上（J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 8547）。
圖2 rGO/a-Fe2O3復(fù)合水凝膠的SEM圖和不同厚度下的反射損耗圖
