PLA/PBAT/Fe3O4/GNP绿色纳米复合材料的电磁屏蔽增强与多性能协同研究

本研究针对生物可降解高分子材料电磁屏蔽性能不足的问题，来自未知机构的研究人员通过熔融共混法制备PLA/PBAT（70/30）基纳米复合材料，引入Fe3O4和GNP纳米填料，发现7 phr GNP及杂化填料可使电磁屏蔽效能（EMI SE）显著提升，断裂韧性（KIC达5.7 MPa·m0.5）与热稳定性同步增强，为绿色电子器件材料开发提供新策略。

　　

本研究聚焦于通过熔融共混技术构建PLA（聚乳酸）/PBAT（聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯）重量比70/30的生物基绿色纳米复合材料体系，并创新性地引入四氧化三铁（Fe₃O₄）和石墨烯纳米片（Graphene Nanoplatelets, GNP）作为纳米增强相。通过系统研究不同添加量（3、5、7 phr）的Fe₃O₄、GNP及其杂化填料对复合材料多项性能的影响，发现当GNP添加量为7 phr时，材料表现出卓越的电磁干扰屏蔽效能（EMI SE），其屏蔽机制主要源于Fe₃O₄组分的磁偶极极化效应与GNP引发的界面极化协同作用。

力学性能测试显示，纯70/30共混物的拉伸强度为31 MPa，断裂延伸率为4.6%，而纳米复合材料的强度维持在22-30 MPa区间，延伸率略降至2%-3.2%——值得注意的是，添加3 phr Fe₃O₄的样品强度反而提升至35 MPa。在断裂韧性方面，杂化填料展现突出优势：临界应力强度因子（K_IC）从基体的1.56 MPa·m^0.5大幅提升至5.7 MPa·m^0.5，单位面积应变能释放率（G_IC）更是从1.68 kJ/m²跃升至18.39 kJ/m²，揭示其卓越的抗裂纹扩展能力。

X射线衍射（XRD）证实纳米复合材料中Fe₃O₄晶体结构保持完整，热重分析（TGA）表明GNP及杂化填料显著提升了材料的热稳定性。扫描电镜（SEM）观测到PBAT相在PLA基体中的均匀分散形态，傅里叶变换红外光谱（FTIR）则表明各组分间未发生化学相互作用，说明性能提升主要源于物理协同机制。这项研究为设计高性能绿色电磁屏蔽材料提供了重要的理论与实验依据。