【摘 要】
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通讯和电子设备的快速发展导致电磁辐射污染的日益加剧,严重影响仪器设备的正常工作和人们的身体健康。和金属材料相比,导电高分子复合材料因其质轻、耐腐蚀、易加工等优点在电磁屏蔽领域得到越来越广泛的应用。然而,大多数传统高分子材料是以石油为原料,来源有限、难以降解,容易造成环境污染。本论文选用生物基可生物降解塑料聚乳酸（PLA）为基体,以一维的碳纳米管（CNTs）和二维的过渡金属碳氮化合物（Ti3C2Tx
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通讯和电子设备的快速发展导致电磁辐射污染的日益加剧,严重影响仪器设备的正常工作和人们的身体健康。和金属材料相比,导电高分子复合材料因其质轻、耐腐蚀、易加工等优点在电磁屏蔽领域得到越来越广泛的应用。然而,大多数传统高分子材料是以石油为原料,来源有限、难以降解,容易造成环境污染。本论文选用生物基可生物降解塑料聚乳酸（PLA）为基体,以一维的碳纳米管（CNTs）和二维的过渡金属碳氮化合物（Ti3C2Tx）或者石墨烯纳米片（GNPs）杂化为导电填料,制备了PLA/CNTs/Ti3C2Tx以及PLA/CNTs/GNPs纳米复合材料,研究了纳米填料的杂化以及复合材料的结构对PLA电磁屏蔽性能的影响。主要研究结果如下:（1）CNTs/Ti3C2Tx杂化对PLA电磁屏蔽性能的影响。通过溶液絮凝及真空模压工艺制备了PLA/CNTs/Ti3C2Tx纳米复合材料,研究了不同CNTs/Ti3C2Tx杂化含量对PLA电磁屏蔽性能的影响。扫描电子显微镜（SEM）的结果表明,纳米填料均匀分散在PLA基体中,且相比于纯的CNTs和Ti3C2Tx,CNTs/Ti3C2Tx杂化更加有利于形成完善的导电网络。随着纳米填料CNTs或Ti3C2Tx含量的增加,PLA/CNTs/Ti3C2Tx纳米复合材料的电导率和总电磁屏蔽效能（EMI SET）逐渐增加。在7 wt%CNTs/8 wt%Ti3C2Tx含量下,0.5 mm厚样品的电导率约为5.54 S/cm,SET可以达到24.4 d B。随着厚度由0.5 mm增加到1.9 mm,材料的平均SET由22.7 d B明显增加到39.6 d B,屏蔽效率可以达到99.989%,具有优良的电磁屏蔽性能。PLA/CNTs/Ti3C2Tx纳米复合材料的电磁屏蔽机理主要是反射占主导的屏蔽机制。具有隔离结构的PLA/CNTs/Ti3C2Tx纳米复合材料在低含量的2 wt%CNTs/2 wt%Ti3C2Tx纳米填料下,材料的平均SET可以达到19.1 d B。差示扫描量热仪的结果表明,CNTs/Ti3C2Tx杂化使PLA冷结晶温度向低温发生偏移,促进了PLA的结晶。（2）CNTs/GNPs杂化对PLA电磁屏蔽性能的影响。通过溶液共混-冷冻干燥的方式制备了含有少量聚氧化乙烯的CNTs/GNPs母料。然后,通过控制合适的共混温度,使CNTs/GNPs母料均匀的包裹在PLA微粒表面。最后,通过真空模压制得具有隔离结构的PLA/CNTs/GNPs纳米复合材料。SEM的结果表明,纳米填料成功地均匀包裹在PLA微粒的表面。从偏光显微镜结果可见,随着纳米填料的增加,导电网络逐渐的完善,导电路径的密度和厚度逐渐变大,这导致了材料电导率和SET的增加。在4 wt%CNTs/4 wt%GNPs含量时,材料的电导率可以达到1.94 S/m,平均SET约为37.4 d B,电磁屏蔽效率约为99.981%。相比于纯的PLA/CNTs或PLA/GNPs纳米复合材料,CNTs/GNPs杂化有利于提高材料的电磁屏蔽性能。作为对比,我们通过直接熔融共混的方式,制备了无规结构的PLA/CNTs/GNPs纳米复合材料。结果发现,在相同纳米填料含量下,隔离结构能够明显提高材料的电导率和电磁屏蔽性能。但对于纯的PLA/CNTs纳米复合材料,当CNTs含量高于2 wt%时,具有隔离结构样品的SET低于无规结构的。
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