引言

2025年，韩国POSTECH的Cho教授团队在《Advanced Materials》期刊上发布了题为《Electrospinning and Nanofiber Technology: Fundamentals, Innovations, and Applications》的重磅综述，全面总结了静电纺丝技术在材料类型、工艺创新、应用拓展及可持续发展方向上的最新进展。作为行业设备提供商或技术从业者，深刻理解这篇综述的研究亮点，不仅有助于把握国际技术趋势，也有助于指导设备设计、材料开发和生产工艺升级。

本推文将围绕该综述的四个核心亮点，逐一展开分析，内容深入但注重实际，力求为中国静电纺丝产业链上下游提供高价值参考。

亮点一：多材料系统的可控构筑 —— “从聚合物到碳材料的多维度设计平台”

1.核心内容概括

Cho等人指出，静电纺丝已成为构筑高分子材料、金属氧化物、碳材料以及复合材料的核心平台，具有形貌精准可控、“一体化结构调控”以及“结构—性能联动优化”三大优势。

2.技术细节

Ø 聚合物纳米纤维：可通过选配聚合物种类与溶剂体系，得到多孔、核壳、中空、交联等多结构；

Ø 金属氧化物纤维：通过预先加入金属前驱体后高温煅烧得到，具有优异的热稳定性与催化活性；

Ø 碳纳米纤维（CNFs）：典型如PAN为前驱体，经稳定化+碳化处理，形成导电性强、结构稳定的碳纤维；

Ø 复合纳米纤维：通过双喷嘴、共混等方式实现多相杂化，如金属颗粒+高分子基体。

3.应用方向

Ø 聚合物纤维：过滤、生物医用、可穿戴支架

Ø 金属氧化物：气体传感器、锂电池催化层

Ø 碳纤维：超级电容、柔性电极

4.产业启示

对于设备商，需支持更广材料体系（例如高温煅烧兼容、不同极性溶剂的适配、例如支持高粘度/高导电率/高温前驱体的稳定纺丝，要构建更广材料适配范围的纺丝系统，对于材料开发者，应从材料“可纺性”设计入手，进行复合结构开发。

亮点二：先进静电纺丝技术系统突破 —— “从结构控制到产业可扩展性”

5.核心内容概括

传统单针头静电纺丝在产量与结构控制方面存在限制。Cho等综述提出的先进技术包括：

Ø 同轴静电纺丝：制造核-壳结构

Ø 双喷嘴静电纺丝：混合结构或功能纤维组合

Ø 对齐纺丝：通过绝缘块或电场设计，制造单向/交叉排列纳米纤维

Ø 纱线纺丝：通过液面或旋转接收器实现连续长纱，适用于纺织集成

Ø 卷对卷（R2R）+多喷嘴阵列：解决大规模一致性问题

6.技术细节

Ø 对齐精度达20×20 cm²区域

Ø 纱线结构具备更高机械稳定性

Ø 多喷嘴+电场调控解决“纤维重叠”、“粗细不均”问题

7.应用方向

Ø 可穿戴材料、智能纺织、连续大面积膜生产

Ø 高一致性滤膜、电池隔膜、柔性传感膜

8.产业启示

Ø 对设备制造商：需要研发具备多喷嘴同步控制能力的系统，实现精确调节电场、电压、流速，避免喷头间电场干扰。引入自动化对齐系统（如收集板电场设计、导向绝缘块），支持制备大面积定向排列膜。

Ø 对科研与工程用户：开发新型结构（如核壳/Janus/空心）不再局限于“打样”，可以尝试卷对卷持续纺丝系统产出连续结构，结合自动收卷、裁剪设备实现小批量量产。

亮点三：人工智能+绿色材料的前瞻融合 —— “从参数控制走向AI自适应优化”

1.核心内容概括

Cho等人指出，静电纺丝作为多参数耦合系统，其纤维直径/形貌/结构极度依赖多维变量（溶液浓度、电压、温湿度等），传统经验试错难以精准控制，建议引入：

Ø AI/机器学习参数回归

Ø 机器人自动执行静电纺丝实验方案

Ø 绿色溶剂替代DMF等有毒体系

2.应用例证

Ø 自主学习控制平台提升产率稳定性

Ø 使用醇类、乙酸类低毒溶剂体系，在性能与环保间取得平衡

Ø 结合AI加速材料组合筛选，如复合膜结构优化

3.产业启示

Ø “设备+算法”是未来趋势

Ø 企业在实现绿色生产目标时，可优先考虑绿色溶剂的使用和AI平台搭建

亮点四：从实验室走向产业化的路径清晰 —— “工艺放大与稳定性研究取得突破”

1.核心内容概括

传统静电纺丝由于产量低、重复性差、工艺窗口窄，被认为难以进入产业。然而Cho综述中多处强调：

Ø 卷对卷设备结合多喷嘴可连续产出多层纤维结构

Ø 对齐控制不再依赖复杂收集器，而是通过绝缘块调电场方式实现大面积排列

Ø 纱线电纺丝为高机械强度纤维集成开辟新通道

2.成果总结

Ø 卷对卷设备连续24小时产出误差<5%

Ø 多喷嘴同步一致性控制已实现 >10喷头系统稳定工作

Ø 可集成至湿法/热压等下游制膜/成型工艺

3.产业启示

Ø 静电纺丝技术已从“科研工具”进化为“工业制造手段”

Ø 建议企业重点关注设备升级方向：多喷头阵列、自动控制、环境稳定系统

Ø 对工业客户（汽车、医疗、能源行业）：静电纺丝已可稳定批量制备结构膜材，不再是小众实验室技术；可提前布局采购或自建电纺平台，用于自主开发差异化、结构定制类核心膜材料

图文解析

图1. a） 静电纺丝技术发展历史的示意图。b） 概述简要概述和目标的示意图。

图2. a） 静电纺丝装置的示意图。b） 静电纺丝机理。c） 照片显示，PEO在水中从球形变成圆锥形，然后喷射。d） 临界点处液滴的照片。e） 临界点处液滴的照片，以及与施加电压相对应的射流直径和线性段长度的实时监测，这得益于水性PEO射流直线段中的干涉色。

图3. 使用静电纺丝进行材料合成的示意图，突出了聚合物、金属氧化物和碳NFs的分类。a） 聚合物NFs产生的多孔、核壳和中空结构，以及通过非均相聚合物工艺合成的交联和复合NFs。b） 金属氧化物NFs和金属NPs合成方法的示意图。c） 通过涉及稳定和碳化的两步热过程从聚合物NF合成CNF的方法示意图。

图4. 共电纺丝和相应NF膜的示意图：a）同轴电纺丝及其核壳NF，b）并排电纺丝及其janus NF，c）双电纺丝及其混合NF。d）对齐电纺丝及其电纺膜的示意图示：e）单轴对齐NF，f）交叉对齐NF，g）对齐和随机电纺NF的混合膜。h）共轭纱线静电纺丝和先进NF纱线形态的示意图：i）NF纱线，j）双NF纱线，k）无芯NF纱线，l）NF纱线纺织品。m） 辊对辊静电纺丝的示意图和n）多喷嘴静电纺丝控制的配置。

图5. a） 具有亚微米孔结构的双NF膜的多电纺丝工艺示意图。b） iCVD功能化可重复使用口罩的示意图，具有高过滤效率、抗菌功效和耐用性。c） 利用摩擦电效应实现长时间静电吸附和高过滤效率的自充电空气过滤器的示意图。

图6. a） 用于大规模生产多刺激响应NF膜的卷对卷处理的聚焦电场聚合物写入（FEPW）示意图。b） 电场引导静电纺丝的示意图，用于交叉排列的PTFE框架，为PEM燃料电池提供高性能和耐用的增强复合膜。c） 具有交叉排列的NF的聚合物复合GPE的示意图，可实现柔性锌空气电池的高离子电导率、灵活性和延长寿命。

图7. a） 可生物降解的示意图PBAT@CTAB-MMTNF膜过滤器具有增强的过滤性能、摩擦电效应和抗菌活性，可实现可持续的呼吸保护。b） violacein嵌入式NF膜过滤器的示意图，具有自主抗病毒、抗菌和抗紫外线性能，适用于高级个人防护设备。c） NF在生物医学中与药物输送相关的各种应用的示意图。d） 多功能伤口敷料的细胞静电纺丝示意图，结合活性物质为伤口愈合的各个阶段（包括止血、炎症、增殖和重塑）创造合适的微环境。

图8. a） 示意图描绘了在不同流速下制备的纺丝和煅烧SnO₂纤维的形态演变。b） 使用LaFeO₃ NTs上的电流置换反应（GRR）制造p型LaFeO₃/n型SnO₂复合纳米管（LaFeO₃/SnO₂NTs）的工艺示意图。c） WO₃-NF在强脉冲光处理过程中的拟议反应机制的示意图。d） Pt单原子（SA）输送过程和管内NF（FIT）结构形成的示意图，其中O₂气体在Pt-MCN-SnO₂上的Pt SA上解离，并化学吸附氧物种。

图9. a） Pt修饰的BCP微粒（PtBCP-MPs）的示意图以及使用静电纺丝合成负载Pt的多孔WO₃-NF的过程。b） 通过静电纺丝将源自ZIF-8的Pd嵌入ZnO复合催化剂非均相敏化到WO₃-NF上的示意图。c） 在多孔SnO₂-NFs支架上对出溶杂化物进行功能化的静电纺丝过程的示意图。d） 通过静电纺丝在SnO₂-NF上对Co-CeO₂ NP进行功能化的示意图。e） 基于NaPt-WO₃ NFs的传感器进行多变量实时直接呼吸分析的示意图。

图10. a) 通过纺纱后溅射沉积工艺合成 yarn@Pd@Pt 的示意图。b) ZIF-8 自组装工艺制备 yarn@ITO@ZIF-8 的示意图，该工艺结合纺纱和 ITO 活性层的溅射沉积。c) 使用纺纱制备的 yarn@Pb(Ac)2_ILs 在暴露于 H2S 气体时的比色变化机制示意图，以及基于图案纺织品的光学气体报警传感器的照片。d) 可穿戴热致变色传感器示意图，包括口罩型、手环型和贴片型设计，采用负载热致变色染料 (C3H6N6·CH2O)x 的纳米纤维 (NF)。

图11. a) 采用静电纺丝和化学镀技术合成还原氧化石墨烯包覆的 Zn2SnO4@NiO NFs (ZSO@NiO@G) 的工艺示意图。b) 采用静电纺丝技术合成非氧化石墨烯纳米片与 Co3O4 NFs 的复合材料的工艺示意图。c) 采用溅射和静电纺丝技术合成铱包覆的聚酰亚胺 NFs (PI@IrOx) 的工艺示意图，以及 LATP 固体电解质在固态锂空气电池中的应用。 d）锂离子取代电纺羧甲基瓜尔胶和聚丙烯酰胺纳滤膜（C-Li@P）的合成工艺示意图及其对锂金属的保护机理。

图12. a) rGO包裹的Si NPs嵌入CNF的合成过程示意图。b) Co₄N/CNF的合成过程示意图及其在使用大气的柔性锂-环境空气电池中的应用。c) RuO_x修饰的In₂O₃涂层CNF的合成过程示意图和Swagelok型空气电池的示意图。

图13. a) 使用纤维的 WIEG 示意图及其机理。b) 静电纺丝和薄膜铸造工艺示意图。基于 NF、薄膜和 NF 厚度的 WIEG 电压输出。c) 分级多孔 NF 的四种功能和机理示意图。d) SF@NNF 的组成和结构示意图。e) (i) 核壳 Y-WIEG 结构示意图。（ii）通过同轴静电纺丝技术和自聚合策略制备PPy@TiO₂NT的示意图。

图14. a) (i) TENG结构和工作机制示意图。(ii) PCL/ePTFE TENG的结构以及采用浸涂和静电纺丝法制备的纯PCL膜和mPEG膜。b) (i) AgNW-PVDF/尼龙TENG和静电纺丝工艺示意图。(ii) 基于DMSO体积分数的静电纺丝喷射类型结构转变示意图，包括缠结网络、纳米多孔松质骨样结构和塌陷纳米孔结构。c) (i) 纱线型摩擦电结构及运行机制示意图。(ii) 织物成分的 SETY 示意图和 8×8 像素传感织物。

图15. a) 基于全电纺织物的压电纳米发电机示意图。b) 中空纤维制造工艺示意图。圆柱形和中空结构纤维中应力传递变化引起的总输出电压和位移的模拟结果。c) (i) PVDF/DA 核/壳纳米纤维制造过程中 PVDF 链排列和取向的电纺示意图。(ii) MPC 纺织品合成、MXene-PVDF 相互作用和 Sm-PMN-PT 陶瓷填料结构的电纺示意图。d) 掺杂 BTO 的压电纱线的制造工艺示意图及其运动传感应用。

图16. a) 利用氙灯产生的毫秒级（<20 毫秒）光脉冲辐照合成 HEA-NP 的方法示意图。b) 合成方案示意图：初始热冲击将溶胶-凝胶衍生的无定形 TiO₂ 层转化为共形晶体 TiO₂，随后进行第二次冲击，将吸附在氧化物上的金属前体离子分解成 HEA-NP，以实现二氧化碳的超稳定催化转化。

17. 示意图突出显示了基于人工智能机器人的先进静电纺丝技术的综合视角及其潜在应用 a) 先进材料设计强调聚合物、溶剂、前体和添加剂之间的材料兼容性以实现最佳 NF 形成。b) 通过卷对卷静电纺丝系统进行工艺优化，实现 NF 制造的可扩展性和可重复性。c) 环境安全考虑，结合可生物降解聚合物（例如 PLA、PCL、PBAT）和绿色溶剂以确保可持续性和无毒性。d) 多功能 NF 及其目标应用，包括功能膜、气体传感器、电池、能量收集设备和催化剂设计。e) 将先进的静电纺丝系统与人工智能机器人相结合，以机器学习和自动化为驱动力，进行引导优化、材料发现和数据挖掘。

总结与建议

综上所述，Cho等2025年综述不仅系统总结了静电纺丝的核心机理与工艺发展，更提出了四大前沿亮点，标志着该技术已经迈入多材料融合、高端结构控制、产业化制造的新阶段。未来，设备智能化、材料绿色化、过程数据化将是推动产业升级的三大关键词。

DOI: 10.1002/adma.202500162