綠色生物材料和技術正快速發展以滿足可持續需求。生物醫療電子領域廣泛使用聚合物基復合材料，因其輕質、生物相容且易于加工。然而，集成碳納米填料提升電磁干擾屏蔽時，常導致材料導電性增加、絕緣性下降，并可能因反射為主機制引發環境二次干擾。現有多層或包覆結構方案雖能兼顧屏蔽與絕緣，但存在工藝復雜、填料分散難或結構易損等問題。因此，亟待開發一種簡易有效的方法，制備兼具高吸收性屏蔽、穩定電絕緣、良好生物相容性及輕質特性的綠色聚合物復合材料。
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圖1. 具有分隔蜂窩狀泡孔結構的生物聚合物復合泡沫材料制備流程示意圖
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該標題對應文中描述的“兩步熔融+超臨界CO?選擇性發泡”工藝：
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“制備流程”對應原文“preparation”，涵蓋從熔融共混到發泡成型的完整過程
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“示意圖”準確反映該圖為工藝原理圖，而非具體實驗步驟圖
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圖2. 掃描電子顯微鏡圖像：(a) P@E10，(b) P@E5T5，(c) P@T10。各類分隔結構復合材料的性能分析：(d) 沖擊強度，(e) 拉伸應力-應變曲線，(f) 體積電阻率，(g) 總電磁干擾屏蔽效能-頻率曲線，(h) 反射損耗(SE_R)、吸收損耗(SE_A)、總屏蔽效能(SE_T)及吸收損耗占比(SE_A/SE_T)，(i) 反射系數(R)、吸收系數(A)與透射系數(T)。
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技術內涵的準確傳達：
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括號標注體系完整保留，確保圖文對應關系清晰
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性能分析部分的層級劃分明確：（d）至（i）分別對應力學、電學、電磁性能
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特別說明“SE_A/SE_T”的物理意義為“吸收損耗占比”，避免歧義
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與上下文的嚴格對應：
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“分隔結構復合材料”準確對應原文“segregated composites”，呼應前文所述材料特征
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所有材料代號（P@E10等）與正文實驗組命名完全一致
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曲線類型標注完整，如“應力-應變曲線”、“效能-頻率曲線”
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圖3. 發泡樣品的冷凍斷裂面形貌及對應的胞 體尺寸統計：（a）f-P@T10-110，（b）f-P@T10-130，（c）f-P@T10-150。
圖3概述：
圖3展示了三種不同發泡溫度下制備的生物聚合物復合泡沫材料的冷凍斷裂面形貌及其胞體尺寸統計。這三種材料分別標記為f-P@T10-110、f-P@T10-130和f-P@T10-150，其中數字代表發泡過程中使用的溫度（攝氏度）。
具體解析：
1. f-P@T10-110：
² 形貌：在較低的發泡溫度（110°C）下，PBAT相主要發生發泡，而PLA/CNTs相保持大部分固態。這導致未發泡的T10顆粒被分隔的PBAT泡沫層包裹，胞體分布均勻。
² 胞體尺寸：由于發泡主要發生在PBAT相中，因此胞體尺寸相對較小且均勻。
2. f-P@T10-130：
² 形貌：在中間發泡溫度（130°C）下，PBAT和PLA/CNTs相都表現出一定的發泡能力。這導致材料內部形成更為密集的胞狀結構，但部分 T10顆粒內的胞體形狀不規則，壁厚較厚。
² 胞體尺寸：由于兩相都參與發泡，胞體尺寸分布較廣，既有小胞體也有較大胞體。
3. f-P@T10-150：
² 形貌：在較高的發泡溫度（150°C）下，PLA/CNTs相表現出良好的發泡能力，形成均勻的圓形胞體，而PBAT相由于熔體強度降低而失去發泡能力。這導致胞體形成主要限于PLA/CNTs相。
² 胞體尺寸：由于PLA/CNTs相的良好發泡，胞體尺寸相對較大且均勻。但高溫下PBAT相的快速弱化可能導致胞體在增長過程中發生坍塌和 合并。
總結：
圖3通過冷凍斷裂面形貌和胞體尺寸統計，直觀展示了發泡溫度對生物聚合物復合泡沫材料微觀結構的影響。不同發泡溫度下，PBAT和PLA/CNTs相的發泡行為差異顯著，進而影響了材料的胞體尺寸和分布。這些微觀結構特征對材料的電磁屏蔽性能、機械性能和絕緣性能等具有重要影響。
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圖4. f-P@T10樣品的性能分析。（a）體積電阻率，（b-e）電磁干擾屏蔽性能以及（f）反射率R、吸收率A和透射率T。
這段文字是對圖4的標題和子圖說明進行的翻譯和解析。圖4展示了f-P@T10樣品（一種具有隔離蜂窩狀結構的生物聚合物復合材料）的多種性能分析結果。具體解析如下：
1. 圖4標題：
² “Properties analysis of f-P@T10 samples”翻譯為“f-P@T10樣品的性能分析”，表明這張圖主要展示的是f-P@T10樣品的各種性能數據。
2. 子圖（a）：
² “volume resistivity”翻譯為“體積電阻率”，這是材料電學性能的一個重要指標，表示材料單位體積內的電阻。在圖中，（a）部分展示了f-P@T10樣品的體積電阻率數據。
3. 子圖（b-e）：
² “EMI shielding performance”翻譯為“電磁干擾屏蔽性能”，這是衡量材料對電磁波屏蔽效果的重要指標。在圖中，（b-e）部分展示了f-P@T10樣品在不同條件下的電磁干擾屏蔽性能數據，可能包括不同頻率下的屏蔽效能等。
4. 子圖（f）：
² “R, A, and T”分別代表反射率（Reflectivity）、吸收率（Absorptivity）和透射率（Transmissivity），這是描述材料與電磁波相互作用時，電磁波被反射、吸收和透射的比例。在圖中，（f）部分展示了f-P@T10樣品的反射率、吸收率和透射率數據，這些數據有助于理解材料對電磁波的具體作用機制。
總結
圖4通過多個子圖詳細展示了f-P@T10樣品的體積電阻率、電磁干擾屏蔽性能以及反射率、吸收率和透射率等關鍵性能指標。這些數據對于評估f-P@T10樣品在電磁屏蔽和生物醫學設備等領域的應用潛力具有重要意義。通過分析這些數據，可以深入了解材料的電學性能、屏蔽效果以及與電磁波的相互作用機制，為材料的設計和優化提供有力支持。
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圖5，f-P@T10樣品的壓縮應力-應變曲線及詳細數值，（d）壓縮變形機制示意圖。
圖5主要展示了f-P@T10系列樣品（即經過特定處理的生物聚合物復合泡沫材料）在壓縮測試中的應力-應變曲線，以及這些樣品在壓縮過程中的詳細數值和變形機制示意圖。
壓縮應力-應變曲線：
² 應力-應變曲線：是材料在受到外力作用時，其應力（單位面積上的力）與應變（材料的變形程度）之間關系的圖形表示。在圖5中，這些曲線展示了f-P@T10樣品在不同壓縮程度下的應力響應。
² 詳細數值：可能包括樣品的最大壓縮應力、彈性模量、屈服點等關鍵力學性能指標。這些數值對于評估材料的壓縮性能和適用性至關重要。
壓縮變形機制示意圖（d部分）：
² 示意圖目的：通過圖形方式直觀展示f-P@T10樣品在壓縮過程中的變形機制。這有助于理解材料在受到壓力時的內部結構變化和能量耗散方式。
² 變形機制：可能涉及樣品的微觀結構變化，如細胞結構的壓縮、壁厚的改變、以及可能的破裂或重組等。這些變化共同決定了材料的宏觀壓縮性能。
具體分析：
² 原始狀態：示意圖可能首先展示了樣品在未受壓縮時的初始狀態，包括其細胞結構和尺寸。
² 低載荷下：隨著壓縮載荷的增加，樣品可能首先經歷彈性變形階段，此時細胞結構被壓縮但未發生永久破壞。
² 高載荷下：當載荷進一步增加時，樣品可能進入塑性變形階段，此時細胞結構可能發生破裂或重組，導致樣品形狀的永久改變。示意圖可能詳細展示了這一過程中的結構變化。
整體解析：
圖5通過應力-應變曲線和變形機制示意圖，全面展示了f-P@T10樣品在壓縮測試中的性能表現。這些信息對于評估材料在承受壓力時的穩定性和耐用性具有重要意義，特別是對于需要承受壓縮載荷的應用場景（如生物醫學設備中的包裝材料或結構支撐件）。通過這些數據，研究人員可以優化材料的配方和加工工藝，以提高其壓縮性能和適用性。
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圖6. 所有樣品的生物相容性和降解性能：（a）顯示培養細胞的熒光染色圖像，（b）第1天的細胞活性，（c）第3天的細胞活性，（d）降解性能。
解析
這段文字描述了圖6中所展示的內容，該圖主要關注所有樣品的生物相容性和降解性能。具體來說，圖6包含四個部分：
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（a）熒光染色圖像顯示培養細胞：
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這部分展示了使用熒光染色技術對培養細胞進行染色的圖像。熒光染色通常用于區分活細胞和死細胞，例如使用Calcein-AM染活細胞（發出綠色熒光），使用碘化丙啶（PI）染死細胞（發出紅色熒光）。通過這種圖像，可以直觀地觀察到細胞的存活狀態。
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（b）第1天的細胞活性：
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這部分展示了在第1天時，通過MTT法或其他細胞活性檢測方法測得的細胞活性數據。MTT法是一種常用的檢測細胞增殖和活性的方法，通過測量細胞內線粒體脫氫酶的活性來反映細胞活性。
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類似于（b）部分，但這部分展示的是在第3天時測得的細胞活性數據。通過比較第1天和第3天的細胞活性，可以評估樣品對細胞生長和存活的影響。
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這部分展示了樣品的降解性能數據。降解性能通常通過測量樣品在特定條件下的質量損失來評估。例如，將樣品浸泡在磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）溶液中，定期測量其質量變化，以計算降解率。降解性能是評估生物材料環境可持續性和生物相容性的重要指標。
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（c）第3天的細胞活性：
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（d）降解性能：
整體解析：圖6通過熒光染色圖像、細胞活性數據和降解性能數據，全面評估了所有樣品的生物相容性和降解性能。這些數據對于判斷樣品是否適合用于生物醫學應用（如電磁干擾屏蔽生物醫學設備）至關重要。生物相容性好的樣品對細胞生長和存活影響小，而降解性能好的樣品在完成其功能后能夠被環境安全地降解，減少對環境的污染。
本研究通過“兩步熔融”結合超臨界CO?發泡技術，成功制備了具有分隔蜂窩狀結構的可降解聚合物復合材料。該材料以低熔點PBAT包覆高熔點PLA/碳納米管導電顆粒，形成有效絕緣網絡，同時通過選擇性發泡在導電相內構建蜂窩孔洞。所得發泡材料（如f-P@T10-150）密度低（約0.69 g/cm³）、絕緣性好（電阻率約3.98×10? Ω·cm），并表現出優異的電磁干擾屏蔽性能（約30.1 dB），且以吸收機制為主導（吸收系數達0.51）。材料同時具備良好的生物相容性和降解性。該策略為開發用于生物醫療電子的輕質、絕緣、高效屏蔽綠色材料提供了新途徑。https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152438
本文的創新點總結：
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“兩步熔融”法與選擇性超臨界二氧化碳發泡技術結合：
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創新方法：本文首次采用“兩步熔融”法結合選擇性超臨界二氧化碳（Sc-CO2）發泡技術，在生物聚合物復合材料中創建隔離蜂窩狀結構。這種方法通過利用不同聚合物的熔融窗口，實現了對復合材料微觀結構的精確控制。
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效果：制備的復合材料泡沫具有低密度（約0.69 g/cm³）、良好的電絕緣性（約3.98 × 109 Ω·cm）和高電磁干擾屏蔽性能（約30.1 dB）。
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隔離蜂窩狀結構設計：
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結構創新：通過將高熔點聚乳酸（PLA）/碳納米填料（如碳納米管CNTs）復合材料與低熔點聚對苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）結合，形成了隔離結構。這種結構有效地阻礙了電子在PLA/填料顆粒之間的傳輸，從而保持了材料的電絕緣性。
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優勢：與傳統的多層結構或涂層結構相比，隔離結構更簡單、經濟，且能更好地平衡高電磁干擾屏蔽效能和優異的電絕緣性。
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機制創新：通過引入蜂窩狀細胞結構，復合材料不僅減少了密度，還提高了吸收屏蔽效率和吸收系數。特別是f-P@T10-150樣品，其吸收系數達到0.51，電磁干擾屏蔽效能總量（SET）為30.1 dB，特定SET為43.6 dB/(g·cm³)，吸收屏蔽比例高達90.6%。
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環境效益：這種吸收主導的屏蔽機制減少了未吸收電磁波在環境中的傳播，從而降低了對環境的潛在影響。
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生物相容性：通過體外細胞培養實驗（包括活/死細胞染色和MTT測定），證實了復合材料對人類口腔角質形成細胞（HOK）的良好生物相容性。材料提取液處理后的細胞存活率超過90%，表明材料無毒且支持細胞生長。
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可降解性：降解實驗顯示，復合材料泡沫在磷酸鹽緩沖溶液（PBS）中的降解速率顯著高于純聚合物，表明其具有良好的環境可持續性。
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性能平衡：本文通過結構調控，成功地在保持材料電絕緣性的同時，提高了其電磁干擾屏蔽性能和機械性能。例如，f-P@T10-150樣品在保持高吸收屏蔽性能的同時，還展示了優異的壓縮性能（模量136.6 MPa，強度47 MPa在50%應變下）。
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應用潛力：這種綜合性能優化的復合材料特別適用于需要輕質、電絕緣和高效電磁干擾屏蔽的生物醫學電子設備。
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吸收主導的電磁干擾屏蔽機制：
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優異的生物相容性和可降解性：
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綜合性能優化：
這些創新點共同構成了本文在綠色生物聚合物復合材料領域的重要貢獻，為開發高性能、環保的電磁干擾屏蔽材料提供了新的思路和方法。
轉自《石墨烯研究》公眾號
