综述：扫描电镜和原子力显微镜下聚乙烯基塑料废弃物降解的形态学研究

这篇综述系统总结了聚乙烯（PE）在环境中的降解机制，重点通过扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）揭示其早期形态学变化（如裂纹、孔洞等），为评估降解程度、速率及路径提供关键依据。文章整合了PE的物理/化学降解（如光氧化、热降解）与生物降解途径，强调表征技术（FTIR、GPC等）在解析C2H4聚合物链断裂中的作用，对开发塑料污染治理策略具有重要参考价值。

　　

Microstructure and Topologies of PE
聚乙烯（PE）的微观结构与其降解行为密切相关。作为碳氢聚合物（C_nH_2n），PE链的排列方式因密度差异（如LDPE、HDPE）呈现不同三维拓扑结构。LDPE的高支化度使其更易发生物理断裂，而HDPE的线性结构则表现出更强的抗水解性。制造过程中的结构缺陷（如乙烯基团）可能成为后续光氧化的引发位点，这一特性通过SEM可观察到表面微裂纹的优先形成。

Degradation of Polyethylene
PE的降解分为非生物（abiotic）与生物（biotic）两类。非生物降解中，紫外线（UV）诱导的羰基（C=O）生成是光氧化的关键步骤，而热降解则导致聚合物链随机断裂。生物降解依赖于微生物（如Ideonella sakaiensis）分泌的酶类，通过氧化酶和水解酶攻击PE主链。值得注意的是，SEM图像显示微生物定植区域常伴随特征性蚀坑，而AFM则能定量纳米级表面粗糙度变化，二者共同证实降解初期形态学改变的普适性。

Morphological Insights through SEM
SEM揭示了PE降解的典型形貌特征：紫外老化样品表面呈现“鳄鱼皮”样裂纹网络，深度可达5-20微米；微生物降解样本则显示不规则孔洞（直径1-10微米）和生物膜粘附物。研究对比了不同密度PE的降解差异——LDPE因结晶度低更易形成贯穿性裂纹，而HDPE以表面凹陷为主。这些形态学指标与GPC测得的分子量下降呈正相关，证实表面形变可作为早期降解的预测标志。

Morphological Insights through AFM
AFM在纳米尺度上捕捉到PE降解的动态过程：未降解PE的均方根粗糙度（Rq）通常低于10 nm，而经6个月环境暴露后增至50-200 nm。相位成像进一步区分了氧化区域（模量下降15%-30%）与未降解基体。特别值得注意的是，AFM力曲线分析发现降解区域黏附力升高2-3倍，这与FTIR检测到的含氧基团增加直接相关，揭示了化学-形态学变化的协同效应。

Conclusion
综合SEM与AFM数据表明，PE降解始于表面拓扑结构的局部破坏（裂纹/孔洞），逐步向体相扩展。形态学参数（如裂纹密度、Rq值）与分子水平变化（羰基指数、分子量分布）存在定量关联，为建立降解预测模型奠定基础。未来研究需结合多尺度表征技术，以精确评估不同环境条件下PE的长期归趋，这对设计可降解塑料及优化回收策略至关重要。