绿色生物材料和技术正快速发展以满足可持续需求。生物医疗电子领域广泛使用聚合物基复合材料，因其轻质、生物相容且易于加工。然而，集成碳纳米填料提升电磁干扰屏蔽时，常导致材料导电性增加、绝缘性下降，并可能因反射为主机制引发环境二次干扰。现有多层或包覆结构方案虽能兼顾屏蔽与绝缘，但存在工艺复杂、填料分散难或结构易损等问题。因此，亟待开发一种简易有效的方法，制备兼具高吸收性屏蔽、稳定电绝缘、良好生物相容性及轻质特性的绿色聚合物复合材料。
 

图1. 具有分隔蜂窝状泡孔结构的生物聚合物复合泡沫材料制备流程示意图

• 该标题对应文中描述的“两步熔融+超临界CO₂选择性发泡”工艺：
  • “制备流程”对应原文“preparation”，涵盖从熔融共混到发泡成型的完整过程
  • “示意图”准确反映该图为工艺原理图，而非具体实验步骤图

 

图2. 扫描电子显微镜图像：(a) P@E10，(b) P@E5T5，(c) P@T10。各类分隔结构复合材料的性能分析：(d) 冲击强度，(e) 拉伸应力-应变曲线，(f) 体积电阻率，(g) 总电磁干扰屏蔽效能-频率曲线，(h) 反射损耗(SE_R)、吸收损耗(SE_A)、总屏蔽效能(SE_T)及吸收损耗占比(SE_A/SE_T)，(i) 反射系数(R)、吸收系数(A)与透射系数(T)。

1. 技术内涵的准确传达：
   • 括号标注体系完整保留，确保图文对应关系清晰
   • 性能分析部分的层级划分明确：（d）至（i）分别对应力学、电学、电磁性能
   • 特别说明“SE_A/SE_T”的物理意义为“吸收损耗占比”，避免歧义
2. 与上下文的严格对应：
3. “分隔结构复合材料”准确对应原文“segregated composites”，呼应前文所述材料特征
4. 所有材料代号（P@E10等）与正文实验组命名完全一致
5. 曲线类型标注完整，如“应力-应变曲线”、“效能-频率曲线”

 

图3. 发泡样品的冷冻断裂面形貌及对应的胞 体尺寸统计：（a）f-P@T10-110，（b）f-P@T10-130，（c）f-P@T10-150。
图3概述：
图3展示了三种不同发泡温度下制备的生物聚合物复合泡沫材料的冷冻断裂面形貌及其胞体尺寸统计。这三种材料分别标记为f-P@T10-110、f-P@T10-130和f-P@T10-150，其中数字代表发泡过程中使用的温度（摄氏度）。
具体解析：
1.       f-P@T10-110：
²  形貌：在较低的发泡温度（110°C）下，PBAT相主要发生发泡，而PLA/CNTs相保持大部分固态。这导致未发泡的T10颗粒被分隔的PBAT泡沫层包裹，胞体分布均匀。
²  胞体尺寸：由于发泡主要发生在PBAT相中，因此胞体尺寸相对较小且均匀。
2.       f-P@T10-130：
²  形貌：在中间发泡温度（130°C）下，PBAT和PLA/CNTs相都表现出一定的发泡能力。这导致材料内部形成更为密集的胞状结构，但部分 T10颗粒内的胞体形状不规则，壁厚较厚。
²  胞体尺寸：由于两相都参与发泡，胞体尺寸分布较广，既有小胞体也有较大胞体。
3.       f-P@T10-150：
²  形貌：在较高的发泡温度（150°C）下，PLA/CNTs相表现出良好的发泡能力，形成均匀的圆形胞体，而PBAT相由于熔体强度降低而失去发泡能力。这导致胞体形成主要限于PLA/CNTs相。
²  胞体尺寸：由于PLA/CNTs相的良好发泡，胞体尺寸相对较大且均匀。但高温下PBAT相的快速弱化可能导致胞体在增长过程中发生坍塌和 合并。
总结：
图3通过冷冻断裂面形貌和胞体尺寸统计，直观展示了发泡温度对生物聚合物复合泡沫材料微观结构的影响。不同发泡温度下，PBAT和PLA/CNTs相的发泡行为差异显著，进而影响了材料的胞体尺寸和分布。这些微观结构特征对材料的电磁屏蔽性能、机械性能和绝缘性能等具有重要影响。
 

图4. f-P@T10样品的性能分析。（a）体积电阻率，（b-e）电磁干扰屏蔽性能以及（f）反射率R、吸收率A和透射率T。
这段文字是对图4的标题和子图说明进行的翻译和解析。图4展示了f-P@T10样品（一种具有隔离蜂窝状结构的生物聚合物复合材料）的多种性能分析结果。具体解析如下：
1.       图4标题：
²  “Properties analysis of f-P@T10 samples”翻译为“f-P@T10样品的性能分析”，表明这张图主要展示的是f-P@T10样品的各种性能数据。
2.       子图（a）：
²  “volume resistivity”翻译为“体积电阻率”，这是材料电学性能的一个重要指标，表示材料单位体积内的电阻。在图中，（a）部分展示了f-P@T10样品的体积电阻率数据。
3.       子图（b-e）：
²  “EMI shielding performance”翻译为“电磁干扰屏蔽性能”，这是衡量材料对电磁波屏蔽效果的重要指标。在图中，（b-e）部分展示了f-P@T10样品在不同条件下的电磁干扰屏蔽性能数据，可能包括不同频率下的屏蔽效能等。
4.       子图（f）：
²  “R, A, and T”分别代表反射率（Reflectivity）、吸收率（Absorptivity）和透射率（Transmissivity），这是描述材料与电磁波相互作用时，电磁波被反射、吸收和透射的比例。在图中，（f）部分展示了f-P@T10样品的反射率、吸收率和透射率数据，这些数据有助于理解材料对电磁波的具体作用机制。
总结
图4通过多个子图详细展示了f-P@T10样品的体积电阻率、电磁干扰屏蔽性能以及反射率、吸收率和透射率等关键性能指标。这些数据对于评估f-P@T10样品在电磁屏蔽和生物医学设备等领域的应用潜力具有重要意义。通过分析这些数据，可以深入了解材料的电学性能、屏蔽效果以及与电磁波的相互作用机制，为材料的设计和优化提供有力支持。
 

图5，f-P@T10样品的压缩应力-应变曲线及详细数值，（d）压缩变形机制示意图。
图5主要展示了f-P@T10系列样品（即经过特定处理的生物聚合物复合泡沫材料）在压缩测试中的应力-应变曲线，以及这些样品在压缩过程中的详细数值和变形机制示意图。
压缩应力-应变曲线：
²  应力-应变曲线：是材料在受到外力作用时，其应力（单位面积上的力）与应变（材料的变形程度）之间关系的图形表示。在图5中，这些曲线展示了f-P@T10样品在不同压缩程度下的应力响应。
²  详细数值：可能包括样品的最大压缩应力、弹性模量、屈服点等关键力学性能指标。这些数值对于评估材料的压缩性能和适用性至关重要。
压缩变形机制示意图（d部分）：
²  示意图目的：通过图形方式直观展示f-P@T10样品在压缩过程中的变形机制。这有助于理解材料在受到压力时的内部结构变化和能量耗散方式。
²  变形机制：可能涉及样品的微观结构变化，如细胞结构的压缩、壁厚的改变、以及可能的破裂或重组等。这些变化共同决定了材料的宏观压缩性能。
具体分析：
²  原始状态：示意图可能首先展示了样品在未受压缩时的初始状态，包括其细胞结构和尺寸。
²  低载荷下：随着压缩载荷的增加，样品可能首先经历弹性变形阶段，此时细胞结构被压缩但未发生永久破坏。
²  高载荷下：当载荷进一步增加时，样品可能进入塑性变形阶段，此时细胞结构可能发生破裂或重组，导致样品形状的永久改变。示意图可能详细展示了这一过程中的结构变化。
整体解析：
图5通过应力-应变曲线和变形机制示意图，全面展示了f-P@T10样品在压缩测试中的性能表现。这些信息对于评估材料在承受压力时的稳定性和耐用性具有重要意义，特别是对于需要承受压缩载荷的应用场景（如生物医学设备中的包装材料或结构支撑件）。通过这些数据，研究人员可以优化材料的配方和加工工艺，以提高其压缩性能和适用性。
 

图6. 所有样品的生物相容性和降解性能：（a）显示培养细胞的荧光染色图像，（b）第1天的细胞活性，（c）第3天的细胞活性，（d）降解性能。
解析
这段文字描述了图6中所展示的内容，该图主要关注所有样品的生物相容性和降解性能。具体来说，图6包含四个部分：

1. （a）荧光染色图像显示培养细胞：
   • 这部分展示了使用荧光染色技术对培养细胞进行染色的图像。荧光染色通常用于区分活细胞和死细胞，例如使用Calcein-AM染活细胞（发出绿色荧光），使用碘化丙啶（PI）染死细胞（发出红色荧光）。通过这种图像，可以直观地观察到细胞的存活状态。
2. （b）第1天的细胞活性：
3. 这部分展示了在第1天时，通过MTT法或其他细胞活性检测方法测得的细胞活性数据。MTT法是一种常用的检测细胞增殖和活性的方法，通过测量细胞内线粒体脱氢酶的活性来反映细胞活性。
4. 类似于（b）部分，但这部分展示的是在第3天时测得的细胞活性数据。通过比较第1天和第3天的细胞活性，可以评估样品对细胞生长和存活的影响。
5. 这部分展示了样品的降解性能数据。降解性能通常通过测量样品在特定条件下的质量损失来评估。例如，将样品浸泡在磷酸盐缓冲盐水（PBS）溶液中，定期测量其质量变化，以计算降解率。降解性能是评估生物材料环境可持续性和生物相容性的重要指标。
6. （c）第3天的细胞活性：
7. （d）降解性能：

整体解析：图6通过荧光染色图像、细胞活性数据和降解性能数据，全面评估了所有样品的生物相容性和降解性能。这些数据对于判断样品是否适合用于生物医学应用（如电磁干扰屏蔽生物医学设备）至关重要。生物相容性好的样品对细胞生长和存活影响小，而降解性能好的样品在完成其功能后能够被环境安全地降解，减少对环境的污染。
       本研究通过“两步熔融”结合超临界CO₂发泡技术，成功制备了具有分隔蜂窝状结构的可降解聚合物复合材料。该材料以低熔点PBAT包覆高熔点PLA/碳纳米管导电颗粒，形成有效绝缘网络，同时通过选择性发泡在导电相内构建蜂窝孔洞。所得发泡材料（如f-P@T10-150）密度低（约0.69 g/cm³）、绝缘性好（电阻率约3.98×10⁹ Ω·cm），并表现出优异的电磁干扰屏蔽性能（约30.1 dB），且以吸收机制为主导（吸收系数达0.51）。材料同时具备良好的生物相容性和降解性。该策略为开发用于生物医疗电子的轻质、绝缘、高效屏蔽绿色材料提供了新途径。https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152438
本文的创新点总结：

1. “两步熔融”法与选择性超临界二氧化碳发泡技术结合：
   • 创新方法：本文首次采用“两步熔融”法结合选择性超临界二氧化碳（Sc-CO2）发泡技术，在生物聚合物复合材料中创建隔离蜂窝状结构。这种方法通过利用不同聚合物的熔融窗口，实现了对复合材料微观结构的精确控制。
   • 效果：制备的复合材料泡沫具有低密度（约0.69 g/cm³）、良好的电绝缘性（约3.98 × 109 Ω·cm）和高电磁干扰屏蔽性能（约30.1 dB）。
2. 隔离蜂窝状结构设计：
3. 结构创新：通过将高熔点聚乳酸（PLA）/碳纳米填料（如碳纳米管CNTs）复合材料与低熔点聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯（PBAT）结合，形成了隔离结构。这种结构有效地阻碍了电子在PLA/填料颗粒之间的传输，从而保持了材料的电绝缘性。
4. 优势：与传统的多层结构或涂层结构相比，隔离结构更简单、经济，且能更好地平衡高电磁干扰屏蔽效能和优异的电绝缘性。
5. 机制创新：通过引入蜂窝状细胞结构，复合材料不仅减少了密度，还提高了吸收屏蔽效率和吸收系数。特别是f-P@T10-150样品，其吸收系数达到0.51，电磁干扰屏蔽效能总量（SET）为30.1 dB，特定SET为43.6 dB/(g·cm³)，吸收屏蔽比例高达90.6%。
6. 环境效益：这种吸收主导的屏蔽机制减少了未吸收电磁波在环境中的传播，从而降低了对环境的潜在影响。
7. 生物相容性：通过体外细胞培养实验（包括活/死细胞染色和MTT测定），证实了复合材料对人类口腔角质形成细胞（HOK）的良好生物相容性。材料提取液处理后的细胞存活率超过90%，表明材料无毒且支持细胞生长。
8. 可降解性：降解实验显示，复合材料泡沫在磷酸盐缓冲溶液（PBS）中的降解速率显著高于纯聚合物，表明其具有良好的环境可持续性。
9. 性能平衡：本文通过结构调控，成功地在保持材料电绝缘性的同时，提高了其电磁干扰屏蔽性能和机械性能。例如，f-P@T10-150样品在保持高吸收屏蔽性能的同时，还展示了优异的压缩性能（模量136.6 MPa，强度47 MPa在50%应变下）。
10. 应用潜力：这种综合性能优化的复合材料特别适用于需要轻质、电绝缘和高效电磁干扰屏蔽的生物医学电子设备。
11. 吸收主导的电磁干扰屏蔽机制：
12. 优异的生物相容性和可降解性：
13. 综合性能优化：

     这些创新点共同构成了本文在绿色生物聚合物复合材料领域的重要贡献，为开发高性能、环保的电磁干扰屏蔽材料提供了新的思路和方法。

转自《石墨烯研究》公众号