摘要：静电纺丝技术作为制备微纳米纤维的重要方法，在能源、生物医学等领域展现出巨大潜力，但其产业化进程仍面临诸多挑战。首先，传统静电纺丝材料主要依赖石油基聚合物，不仅原料不可持续，其废弃物更造成严重的环境负担；其次，现有电纺纤维普遍存在机械强度不足、功能单一等问题，限

关注易丝帮，获取最新静电纺丝科研成果！

易丝帮开放实验室现已启用，为您提供全方位的实验支持与技术服务，欢迎预约体验。

新加坡国立大学Seeram Ramakrishna院士 & 南京林业大学俞娟副教授：纳米纤维素基电纺纳米纤维的最新研究进展

静电纺丝技术作为制备微纳米纤维的重要方法，在能源、生物医学等领域展现出巨大潜力，但其产业化进程仍面临诸多挑战。首先，传统静电纺丝材料主要依赖石油基聚合物，不仅原料不可持续，其废弃物更造成严重的环境负担；其次，现有电纺纤维普遍存在机械强度不足、功能单一等问题，限制了其在高端领域的应用。为突破这些局限，研究者正积极探索生物基增强材料，其中纳米纤维素（NC）因其优异的力学性能（理论模量达150 GPa）、可调控的表面化学特性以及完全可再生的特点，被视为最具潜力的增强选项。然而，将NC有效整合至电纺体系仍存在关键科学问题：如何解决NC在聚合物基体中的分散性与界面相容性矛盾，以及如何实现规模化制备过程中性能与可持续性的统一。

近日，新加坡国立大学Seeram Ramakrishna院士、南京林业大学俞娟副教授团队在期刊《Materials Today》上，发表了最新研究成果“Sustainable nanocellulose-based electrospinning: Unlocking advanced materials for future technologies”。系统综述了NC基电纺纳米纤维的最新研究进展，重点探讨了其尺寸效应和表面改性对纤维形貌、界面相互作用及功能特性的影响机制。研究显示，通过预混、后涂覆和Pickering乳液等策略，NC可有效增强聚合物基复合材料的性能，为药物递送、可穿戴电子、水处理和食品包装等应用提供了可持续解决方案。这些突破性进展使NC基电纺纤维成为推动下一代多功能材料发展的关键平台，为材料科学的创新发展开辟了新途径。

图 1. 纳米纤维素与静电纺丝技术的结合策略及其在各领域中的应用

纳米纤维素增强电纺纳米纤维的制备主要采用两种策略：（1）预混法：通过溶剂置换、化学改性或Pickering乳液等方式将NC分散于纺丝前驱液中，可显著提升纤维的力学性能和热稳定性，但需解决NC与聚合物的界面相容性问题；（2）后涂覆法：在已成纤维表面通过喷涂、浸渍等方式沉积NC构建功能涂层，该方法不改变纺丝工艺却能有效改善纤维的亲水性、机械强度及功能特性。两种方法各具优势：预混法实现NC在纤维内部的均匀分散，而后涂覆法则更便于引入多功能复合涂层。

图2 纳米纤维素基静电纺丝纳米纤维的制备策略

纳米纤维素作为绿色增强剂可显著改善电纺纤维的微观形貌，其高比表面积和棒状结构能诱导聚合物成核、细化纤维直径并促进分子链取向结晶。在物理性能方面，NC的引入可同步提升复合纤维的机械强度和热稳定性，但过量添加（>12 wt%）会导致团聚效应。通过化学改性（如PCL接枝、pH响应性修饰），NC能赋予电纺纤维界面相容性增强（断裂伸长率提升）、智能响应等特性，但现有改性方法仍受限于有机溶剂的使用。

图3 纳米纤维素的添加对静电纺丝复合纤维性能的影响

NC的引入显著改善了电纺纤维的压电性能，其界面极化效应有效提升复合材料的压电电荷常数，并提升输出功率。NC的高比表面积和丰富羟基为传感材料提供了活性位点，并且通过化学改性（如磺化）可进一步增强NC基电纺纤维的响应性能，磺化CNC/PHB纳米发电机的输出电压较传统材料提升5倍，且在15,000次循环后仍保持稳定。

图4 纳米纤维素基静电纺丝纤维在电传感器领域的应用

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.04.006

人物简介：

俞娟，南京林业大学化学工程学院副教授、硕士生导师。主持了两项国家和江苏省自然科学基金项目，参与了五项国家重点研发计划、国家自然科学基金以及省市级科研项目。主要从事生物质纤维资源功能化研究，在《ACS Nano》《Green Chemistry》《Carbohydrate Polymers》等国际期刊上发表论文40 余篇。

感谢阅读！如果您对静电纺丝技术感兴趣，或者有相关实验需求，欢迎随时联系易丝帮静电纺丝开放实验室。

我们的实验室不仅提供先进的设备和技术支持，还能帮助您解决从实验设计到产业化过程中遇到的各种难题。

来源：睡不醒的科学家