电纺与电纺纳米纤维：从学术探索走向产业化 —— 王策教授团队最新综述解读

发布时间：2025.05.06
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过去几十年，静电纺丝（Electrospinning）技术因其制备纳米纤维的独特能力而备受瞩目。纳米纤维因具有超高比表面积、纤维孔径可控、多功能化、优异的力学性能等潜力，在环境保护、生物医学工程、能源存储、柔性电子、催化剂开发等领域展现出广泛应用前景。

王策教授与包括清华大学等34个单位61位老师和同学们共同合作在Progress in Materials Science最新发表的长篇综述，300多页的综述系统梳理了静电纺丝技术的演变历程，深入分析了电纺纳米纤维的材料选择、工艺优化与应用拓展，并重点探讨了从实验室研究到工业化量产过程中的挑战与机遇。

这篇文章不仅总结了领域内的重要进展，更为未来静电纺丝的发展方向提供了重要指引，堪称该领域的一部重量级里程碑式综述。

一、研究方法与技术路线

本综述以时间脉络为主线，结合大量最新高水平研究成果，系统回顾了电纺技术的四大发展阶段：

1. 探索期（1878 年）：瑞利指出液滴在静电斥力超过表面张力时形成小射流，为电纺技术研究开启理论探索。

2. 奠基期（1934 - 1964 年）：福马拉斯发明电纺实验装置、诺顿申请熔体电纺专利，泰勒建立 “泰勒锥” 理论，为电纺奠定实验与理论基础。

3. 复兴期（20 世纪 90 年代）：Reneker 团队广泛研究电纺过程和应用，考察多种聚合物可纺性与加工参数，推动电纺在材料科学发展。

4. 发展期（2001 年至今）：众多团队在纤维结构、制备方法等多方面取得成果，丰富纳米纤维性能，推动其工业化应用。

作者团队通过梳理不同阶段关键节点的技术演变，详尽分析了纤维直径调控、结构多样化、材料多样性和纺丝过程可控性等方面的研究进展。

同时，文章对比了溶液静电纺丝（Solution Electrospinning）与熔体静电纺丝（Melt Electrospinning）两种主流工艺，讨论了它们在纤维尺寸、环境友好性、可扩展性等方面的差异与应用场景。

在应用层面，作者从二维膜到三维气凝胶，从单一材料到复合功能材料，以分类方式总结了电纺纳米纤维在不同领域的创新应用路径。

溶液静电纺丝与熔体静电纺丝

二、核心发现与数据展示

本综述归纳了静电纺丝领域近年的重要成果，特别是在以下几个方面的系统总结和数据展示：

1.纤维结构设计自由度大
直径可调范围从数纳米到数微米，孔径结构灵活可控，满足不同功能需求。

2.材料体系极为丰富
涵盖高分子、有机小分子、无机材料、金属、碳基材料、复合材料等，支持个性化功能定制。

3.多功能应用示范
电纺纳米纤维在高效过滤、组织工程、柔性电子、能源存储与转换、催化反应等领域展现出优异性能。

4.产业化技术进展
梳理了如Donaldson、Freudenberg等大型国际公司在电纺规模化量产中纳米纤维应用的技术突破，展示了电纺技术正在逐步从实验室走向大规模应用。特别强调了产业化放大过程中的关键挑战，包括：生产效率瓶颈、成品一致性与纤维精度控制、成本控制与设备连续运行能力。关于产业化这块深度剖析了从单喷头到多喷头阵列规模放大的技术演变，强调了设备稳定性、材料适配性、运行成本控制是制约产业化的核心要素，认为未来静电纺丝设备的发展趋势将是：模块化设计、智能控制、连续化生产。