一、研究背景

纳米技术是一门快速发展的跨学科技术，它关注的是材料与纳米结构之间的新变化以及材料性能的大幅改善。电纺纳米纤维的生产促进了新一代非织造布材料在多学科研究领域的有用应用。相关电纺丝研究著作的不断出版表明，电纺丝技术及其电纺纳米纤维的研究和发展正呈现出蓬勃发展的态势。

静电纺纳米纤维源于静电纺丝技术，具有高表面体积比、互联超细纤维结构、高扭曲度、高透气性和材料轻量化等特点。直径低至100 nm的电纺纳米纤维不断引起世界范围内研究人员的广泛关注，他们准备在各个领域朝着基于实践的跨学科方法发展。静电纺丝技术的发明和发现之路始于20世纪30年代初，由一位德国发明家安东·福尔哈尔斯（Anton Formhals）开始，他提出了加工人造丝绸纤维的伟大想法。在20世纪初，丝绸作为一种昂贵的材料和高端纺织品非常受欢迎。因此，寻找一种廉价的替代材料是一件有趣的事情，Formhals实际上是寻找一种在电场中从溶解的固体中产生线的方法的开始。他的22项专利与静电纺丝工艺的进步有关，但在过去的几十年里，他无法与商业化的大规模纤维纺丝技术竞争；因此，这使它们的进一步发展延迟了数年。静电纺丝技术虽然历史悠久，但自20世纪60年代末静电纺丝制备的纳米纤维具有优异的纳米结构特性后，近年来得到了迅速发展。目前，静电纺丝被广泛用于生产一维（1D）聚合物纤维的纳米结构，并且被认为是将不同聚合物和聚合物共混物的溶液依赖于高压环境产生相互连接的纤维网的突出加工技术。

静电纺丝是一种多用途的技术，可以根据不同的纤维形态来定制静电纺丝纤维的生产。这些静电纺纳米纤维可以被设计成各种形态结构，如芯壳中空、多孔、沉积在排列或随机取向的纳米纤维网中，使用单一或共混共聚物，并掺入添加剂材料。静电纺丝技术的多功能性加速了各种纳米纤维产品的逐步发展，这些产品具有定制的成分、尺寸和形态，以实现各种功能。图1显示了静电纺丝装置的示意图。一台标准的实验室静电纺丝机的先决条件是配备高压电源、精密注射泵和导电集热器，并以适当的距离分开。电源连接到每个带电的喷丝板，也连接到接地的收集器。注射器中填充的旋转溶液被加载到金属喷丝器上，并承受高压电荷。诱导电磁力超过带电液体的表面张力，随后液体半月板的垂滴形状转变为“泰勒锥”形状。液体充注时的振荡和弯曲不稳定性在以静电纺纤维的形式到达收集器之前产生超细纤维。在静电纺丝过程中，沉积的纳米纤维网通常被收集为10 - 30毫米厚的薄片，覆盖在导电衬底上。纳米纤维网片通常需要从导电基板上移除，以便在其下一步应用中切实可行。

图1.垂直静电纺丝装置示意图。

人们对静电纺丝技术日益增长的兴趣为其先进的发展铺平了道路，通过在纺丝过程之前将纳米颗粒-聚合物溶液混合，将纳米颗粒可控地包含在这些纳米尺寸的纤维中。纳米纤维的简单、高效、低成本和高可重复性使静电纺丝成为纳米级纤维结构材料的有力制造技术。与先前发表的研究一致，纳米纤维的实际应用探索主要集中在过滤、功能性纺织品、生物医学和电子设备。研究人员已经发表了许多关于静电纺丝参数、表征和静电纺丝纳米纤维应用的综述文章。然而，这些过去的研究并没有广泛地解决纤维的商业化方面及其商业纳米纤维为基础的产品。因此，本文旨在对目前全球电纺纳米纤维的制造可扩展性和电纺纳米纤维产品的商业化进展进行综述。本文综述了近年来静电纺纳米纤维织物的研究进展，在质量控制和可扩展性方面面临的挑战，基于纳米纤维的产品的最新发现，并对纳米纤维作为潜在资源的未来前景进行了展望。

4.摘要

电纺丝技术以前被认为是一种跨学科的科学研究方法，现在已准备好在各个领域逐步转向以实践为基础的跨学科方法。电纺纳米纤维应用产品是在电纺过程中施加足够高的电压，直接从聚合物液体制备的非织造布基膜上制成的。如今，电纺纳米纤维材料在电子、传感器、功能性服装、隔音、过滤器、伤口敷料和支架等多个领域的应用都备受关注。本文就是这样一篇综述，总结了当前电纺纳米纤维的生产可扩展性以及全球专业公司将电纺纳米纤维产品商业化的进展情况。尽管电纺纳米纤维具有明显的应用潜力和无限的可能性，但由于电纺纳米纤维在制造和转化为实物产品方面存在挑战，因此电纺纳米纤维在工业界的应用仍然有限。此外，还重点介绍了电纺领域的最新发展，如突出的非织造布技术、个人观点以及基于电纺纳米纤维的商业应用产品的潜在发展道路。

5. 结论

本文综述了静电纺丝技术中规模化方法的发展、静电纺丝纳米纤维材料制造可扩展性的最新进展以及静电纺丝纳米纤维基产品的商业化。我们首先简要介绍了静电纺丝的历史，然后详细回顾了静电纺丝的起源、原理和典型装置。讨论范围缩小到它们作为生产具有多种成分的纳米尺度材料的有力技术的革命，并揭示了它们的性质和应用。静电纺丝纳米纤维基材料的商业化应用潜力为经济扩展和启发静电纺丝产品的价值开辟了新的途径。通过静电纺丝纳米技术，以超强、耐用和特定功能为导向的纳米纤维为基础的织物现在已经在许多消费品应用中进行了测试，例如过滤、防御和防护服、医用敷料、家居装饰、食品包装以及化妆品。如前所述，纳米技术已经克服了应用传统方法赋予静电纺纳米纤维基材料某些特性的局限性。静电纺丝技术促进了纳米尺度非织造纤维的制造，现在已经成为高效现代性能产品的可能。因此，毫无疑问，在接下来的几年里，通过静电纺丝的纳米技术将渗透到功能性纺织品工业的各个领域，以获得更多创新产品的应用。

然而，关于静电纺丝技术还有其他问题需要制造商和研究人员解决。问题是静电纺丝溶液在形成纳米纤维网时释放的有害蒸汽需要以环保的方式回收或处理。这肯定会涉及到额外的设备和成本。另一个问题是人们对吸入纤维可能对人体健康造成危害的担忧，这需要在未来的另一项研究中加以考虑。从作者的角度来看，电纺纳米纤维的功能得到了很大的改善，并证明了它在各个领域的应用能力。然而，静电纺丝纳米纤维织物在洗涤和修复前的保质期问题当然是有限的，而且报道的工作不足。织物应具有适当的机械性能和耐久性，以承受洗涤时的物理和化学应力。在实际工业生产开始之前，应该彻底评估静电纺纳米纤维产品寿命的重要性。最后，对电纺纳米纤维的应用产品进行了展望。我们坚信，在未来的先进研究探索中，电纺纳米纤维的制造、研发和加工所面临的所有困难和限制都将得到明确的解决。

图2.(a)直接静电纺丝成型技术说明。(b)电子织机的织物。(c)纺粘聚酰胺（PA） 6电纺粘胶非织造膜的SEM显微照片。