综述:静电纺丝及电纺纳米纤维:从学术研究到工业化生产

【字体: 时间:2025年06月18日 来源:Progress in Materials Science 33.6

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  这篇综述系统阐述了静电纺丝(electrospinning)技术的演进历程及其制备的纳米纤维在环境、生物医学、能源等领域的应用潜力。文章重点探讨了电纺纳米纤维可调控的直径、多孔结构和复合组成(如聚合物/陶瓷)特性,并展望了工业化生产面临的挑战与标准化需求。

  

历史和发展
静电纺丝技术已成为制备一维纳米材料的先锋手段,其独特的纤维形貌(如高比表面积、可调孔隙率)为环境治理和生物医学等领域提供了革命性材料基础。早期研究聚焦于聚合物纤维,如今已扩展至有机-无机复合体系,甚至陶瓷纳米纤维的制备。

结构与性能
通过调控电场强度、溶液流变学性质等参数,可精确控制纤维直径(低至10
nm级)和微观结构(如核壳、中空构型)。这种结构多样性赋予材料卓越的力学性能、化学稳定性及功能可设计性,例如用于膜蒸馏(membrane distillation)的超疏水纤维膜。

环境与能源应用
在海水淡化领域,电纺纳米纤维膜凭借互联孔道和高通量特性显著提升分离效率;锂离子电池(Li-ion battery)中,其三维导电网络结构优化了电极动力学性能。生物医用方向,仿生纤维支架通过调控细胞黏附行为促进组织再生。

工业化挑战
尽管实验室已实现复杂结构纤维的制备,但规模化生产仍需解决喷头堵塞、批次稳定性等问题。新兴的连续化纺丝设备和原位表征技术(如in-situ
XRD)为工艺优化提供了新思路。

未来展望
智能响应纤维(如pH/温度敏感型)和绿色加工工艺将成为研究热点,而跨学科协作有望推动电纺技术在柔性传感器(flexible sensor)和可穿戴设备领域的突破性应用。

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