靜電紡絲纖維力學性能提升方法及應用研究進展*

趙肖娟，于 嫚

(西安航空學院 材料與工程學院，西安 710077)

0 引 言

靜電紡絲是通過高壓電場拉伸有一定粘度的聚合物形成纖維的技術，典型的靜電紡絲設備包含3個主要的組成部分：高壓電源，噴絲頭(由連接有金屬針頭的注射器和注射泵組成)，接收裝置。在紡絲的過程中，首先將高壓電場作用于紡絲液，從而使懸掛在針頭處的紡絲液滴電極化，隨后電荷布滿整個液滴的表面。受到電場力的作用，液滴變成圓錐形(Taylor錐)，當電壓增大，最終超過臨界值，電荷斥力克服紡絲液滴的表面張力，液滴表面就會噴射出微小的液體流，稱作射流。這些射流在一個較短的距離內經過電場力高速拉伸、溶劑揮發及固化最終落于接收板上形成無紡布狀的長纖維。

通過調控前驅體溶液組成、性質(粘度、表面張力、介電性、電導率等)、紡絲工藝(推進速度、接收距離等)、燒結條件(氛圍、溫度、速率等)，靜電紡絲通常能夠得到新穎的材料及獨特的微納結構，如高度連通的孔結構[1-2]、中空管結構[3]、周期性珠串結構[4]。得益于優良的構效關系，電紡纖維在空氣凈化、柔性電子器件、自支撐超級電容器、藥物緩釋、組織工程、超浸潤材料等眾多應用中表現良好[5-9]。但由于電紡纖維的力學性能較低導致其在很多應用領域受到限制[10-12]。例如傳統的鋰離子電池、超級電容器等產品是剛性的，在彎曲、折疊時容易造成電極材料和集流體分離，影響電化學性能，甚至導致短路，發生嚴重的安全問題；在典型的壓力或真空抽濾驅動下進行污水過濾時，電紡膜要有足夠的機械強度以承受苛刻的操作條件。因此，電紡纖維的力學性能提升研究具有普遍意義。本文將對已見報道的提升電紡纖維力學性能的方法、機理做全面的綜述和總結，對其典型應用做簡單討論，并對影響微納米纖維膜力學性能因素及進一步提升力學性能的方法等方面進行分析和展望。

1 靜電紡絲納米纖維力學性能提升方法

1.1 納米填充

通過納米填充提升電紡纖維機械性質通常是利用本身力學性能優異的納米材料與聚合物基體復合形成電紡前驅體溶液，隨后紡絲得到強韌復合纖維。此法操作簡便、有效，無需復雜的制備過程以及附加的實驗裝置，常用的納米填充質包括碳納米管(CNT)、晶態納米纖維素(CNC)、氧化石墨烯(GO)以及羥基磷灰石(HA)等。

Xu等[13]選用CNT和CNC作為填充質，并利用聚集誘導發光(AIE)分子將二者橋連形成組裝體，分散于聚乙烯醇(PVA)溶液中電紡得到CNT-AIE-CNC/PVA復合納米纖維。如圖1所示，得益于組裝體的取向性排列及各納米填充質、聚合物基質之間的協同相互作用，加入填充質的復合纖維力學性能較純PVA纖維明顯提高，拉伸強度、斷裂伸長率、楊氏模量、韌性的增幅分別為106%、104%、35%、308%。Cheng等[14]將CNT分散于聚丙烯腈(PAN)溶液中，通過靜電紡絲得到CNT-PAN納米復合纖維，相比于純的聚丙烯腈纖維，碳納米管增強的復合纖維在拉伸強度上提高了40%。Deng等[15]將CNC作為增強質填充到醋酸纖維素中得到的復合纖維拉伸強度提高了102%。

圖1 (a)TEM圖顯示CNT-AIE-CNC 組裝體沿著纖維軸向排列；(b)不同CNT-AIE-CNC與PVA質量比的CNT-AIE-CNC/PVA復合纖維的應力-應變曲線；(c)韌性[13]Fig 1 (a) TEM image showing aligned ensemble of CNT-AIE-CNC along fiber axis, (b) typical stress-strain curves of the CNT-AIE-CNC/PVA with varying weight ratio of (CNT-AIE-CNC):PVA; (c) toughness[13]

Song等[16]通過電紡GO、納米二氧化硅、PAN的混合前驅體溶液，并經過碳化及刻蝕等后處理得到了柔性自支撐的石墨烯改性微/介多孔復合碳纖維材料(G/NPCFs)，二氧化硅納米粒子的加入不僅充當造孔劑還加劇了碳纖維的石墨化程度。同時，在復合纖維力學性能的提升上起到了關鍵性的作用。使得材料在較高的硫負載量下(53 %(質量分數)仍然保持較高柔性和機械性能，折疊之后可完全恢復(圖2)，且電化學性能表現依然良好，應用于鋰-硫電池時表現出較高的容量及優異的倍率性能，在5C循環下具有長達500圈的循環壽命，且其每圈循環的容量衰減速率僅為0.047%。李等[17]通過靜電紡絲法制備了納米羥基磷灰石增強的聚己內酯/明膠(PCL/Gel/n-HA)纖維膜，研究結果表明，n-HA有效增加了纖維膜的力學性能，當n-HA含量為15%時，其拉伸強度和伸長率分別為9.18 MPa和180%，相較于PCL/Gel纖維分別增加203%和240%。

圖2 (a)S/G/NPCFs納米纖維柔性演示；(b)碳納米纖維應力-應變曲線[16]Fig 2 (a) Demonstration of the flexible characteristic of S/G/NPCFs nanofibers and (b) typical stress-strain curves of as prepared carbon films[16]

1.2 纖維交叉點焊接

電紡后，纖維逐層堆疊于接收板上，在交叉點處有微弱接觸。而電紡纖維在實際使用過程中通常是整張膜發揮作用的，因此纖維-纖維之間的橋連也是決定纖維膜力學性能的關鍵因素之一。通過交叉點焊接使纖維之間的相互作用增強，可保證電紡膜在受到拉伸時應力首先在纖維之間有效傳遞，避免使過程中電紡膜發生撕裂。焊接之后纖維呈網狀結構，受到拉伸時，網格首先被拉細變長，發生面外彎曲形變，隨著受力增大，裂紋逐漸形成，使部分尺寸較小的網格斷裂與周圍網格合并形成更大的網格，此種多級網狀結構賦予了材料優異的可拉伸性能。納米纖維可以通過熱處理、溶劑處理及化學交聯等方法將交叉點焊接在一起，形成網狀結構。交叉點焊接可有效提高纖維性能，尤其是力學性能和電學性能[18]。

1.2.1 熱處理焊接

熱處理常用于聚合物纖維的焊接，通過給聚合物纖維加熱使其發生玻璃化轉變(溫度控制在Tg和Tm之間)，在交叉點處的聚合物分子將融為一體，達到焊接目的。Lee等[19]將電紡PCL纖維置于54～60 ℃的Pluronic F127中加熱后，使纖維交叉點處融合在一起。55 ℃熱焊接后PCL纖維的斷裂強度由5.1 MPa增加到9.1 MPa，斷裂伸長率由417%增加到765%。Huang等[20]首先利用靜電紡絲技術制備了表面包覆多壁碳納米管(MWCNTs)的聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)納米纖維，隨后通過熱焊接工藝使納米纖維形成牢固連接，所制備的纖維表現出良好的導電性和優異的機械性能(圖3(a))，如圖3(b)所示，熱處理溫度為130 ℃時拉伸強度和模量可達(35.4±7.3)和(624.4±148.6)MPa，而原始纖維僅為(5.1±1.7)和(43.9±14.6)MPa。

圖3 (a)制備柔性導電納米纖維膜的工藝示意圖;(b)原始PVDF-HFP、MWCNT/PVDF-HFP納米纖維膜在120和130 ℃退火處理后的應力-應變曲線圖[20]Fig 3 Schematic of the process for the fabrication of a flexible conducting nanofibrous mat, and typical stress-strain curves of the pristine PVDF-HFP and MWCNT/PVDF-HFP nanofibrous mats after the annealing treatment at 120 and 130 ℃, respectively[20]

對于熔點較高的聚合物，可利用低熔點聚合物作摻雜，充當焊接劑，降低熱處理溫度。Shi等[21]通過電紡結合熱處理的方法制備了PAN/木質素/P123(PAN/lignin/P123)復合碳纖維，低熔點的P123充當焊接劑，在熱處理過程中將相鄰的碳納米纖維焊接，形成網狀結構，有效增加了復合纖維的力學性能。He等[22]在木質素中摻雜10%的聚氧化乙烯(PEO)進行電紡得到復合纖維，熱處理后相鄰碳納米纖維之間融合形成網狀結構(圖4)。

圖4 交叉點焊接碳納米纖維膜的制備過程[22]Fig 4 The fabrication process of the fused carbon fibrous[22]

除了直接加熱外，利用光熱效應焊接摻雜有光熱染料或金屬納米粒子(Au和Ag等納米粒子)的纖維，也給焊接法增強纖維力學性能提供了新思路。例如，Elbahri等[23]利用激光照射摻雜有銀納米粒子的PVDF納米纖維，銀納米粒子吸收光子，然后將熱量有效地傳遞到周圍的聚合物基體，成功焊接了PVDF納米纖維的交叉點。Xia等[24]將近紅外染料吲哚菁綠(ICG)引入電紡聚合物中，暴露于近紅外激光后，由于染料的強烈光熱效應，納米纖維在其交叉點處明顯焊接(圖5(a))。此過程大大提高了納米纖維膜的機械強度，如圖5(b-e)所示，在ICG含量為1%，0.2 W/cm2激光照射2 s的條件下，焊接纖維膜的極限應力，斷裂伸長率和楊氏模量分別為(30.7±1.0)MPa、(360.2±16.7)%、(17.9±0.6)MPa，均明顯高于原始纖維膜((17.3±1.0)MPa、(285.5±8.8)%、(10.7±0.5)MPa)。

圖5 (a)ICG-摻雜的PCL電紡纖維SEM圖(ICG含量為1%，輻照度為0.2 W/cm2，808 nm激光照射2 s)；相應的應力-應變曲線(b)；極限應力(c)；斷裂伸長率(d)；彈性模量(e)[24]Fig 5 (a) SEM images of ICG-doped PCL nanofibers electrospun from solutions containing ICG at concentrations of 1%, after exposure to an 808 nm diode laser at irradiances of 0.2 W/cm2 for 2 s, Corresponding Stress-strain curves (b), ultimate stress (c), elongation at break (d) and elastic modulus (e)[24]

1.2.2 溶劑處理焊接

交叉點焊接的另一種有效途徑是溶劑處理，即將納米纖維薄膜置于合適的溶劑蒸汽中，使納米纖維溶脹或者部分溶解，在交叉點處焊接在一起，如二氯甲烷(DCM)可用來焊接PCL、聚(d，l-乳酸-羥基乙酸共聚物)(PLGA)及聚苯乙烯(PS)納米纖維，N、N-二甲基乙酰胺(DMAC)可用來焊接PVDF-HFP，N、N-二甲基甲酰胺(DMF)可用來焊接PAN和聚砜(PSU)[25-27]。

Xia等[25]將PCL納米纖維，暴露于DCM蒸汽中一定時間后，兩相鄰的PCL纖維在交叉點處發生焊接。焊接后，纖維的楊氏模量由(8.41±0.31)MPa增加到(16.5±0.56)MPa，拉伸強度由(11.53±0.89)MPa增加到(21.4±1.08)MPa。Li等[26]將PVDF-HFP電紡纖維置于DMAC蒸汽中同樣得到了交叉點焊接的PVDF-HFP纖維(圖6a-d)。蒸汽處理40 min后，纖維的楊氏模量、斷裂伸長率、拉伸強度分別可達(6.3±1.3)MPa、(104±6.0)%、(16.2±1.7)MPa，相較于處理前，增幅分別為117%、79%、90%(圖6(e))。隨后，該課題組又發展了一種更具普適性的稀溶劑焊接技術用于提升納米纖維力學性能，即利用稀釋溶劑(用非溶劑稀釋聚合物溶劑)噴涂電紡納米纖維膜，然后加熱焊接。焊接程度可以通過改變溶劑的體積分數、加熱溫度和加熱時間控制。研究表明，稀溶劑焊接可有效增加納米纖維膜的楊氏模量和拉伸強度[28]。經過溶劑處理后的聚吡咯烷酮(PVP)-In2O3復合纖維在交叉點處被焊接，煅燒除去PVP之后，焊接的In2O3納米纖維在力學性能和導電性能上均有明顯提升[29]。溶劑處理焊接可明顯提升纖維力學性能，但不會改變其結構，焊接程度主要依賴于溶劑蒸汽壓和溶劑暴露時間。

圖6 N-HFM納米纖維的SEM圖：(a)溶劑處理前；(b)DMAC溶劑處理20 min；(c)DMAC溶劑處理40 min；(d)DMAC溶劑處理60 min；(e)不同時間處理前后N-HFMs的應力-應變曲線[26]Fig 6 SEM images of N-HFM before vapor treatment (MO: a), and after exposure to DMAC for 20 min (T1: b), 40 min (T2: c), 60 min (T3: d), (e) stress-strain curves of the N-HFMs before and after the vapor treatment for different periods of time[26]

1.2.3 化學交聯焊接

化學交聯通常借助光照、加熱或者交聯劑使纖維發生化學反應形成共價鍵達到焊接目的，通過控制合適的交聯程度，交叉點可以焊接在一起，而不會顯著改變纖維形貌。Ding等[30]通過電紡聚酰胺酰亞胺(PAI)和雙馬來酰亞胺(BMI)單體混合溶液得到PAI/BMI復合纖維，經過冷凍干燥、220 ℃加熱引發BMI聚合后形成化學交聯的PAI/BMI互穿聚合物網絡氣凝膠，如圖7所示，相鄰纖維通過共價交聯焊接在一起，實現了超彈性、高壓縮應力(應變為60%時為7.9 kPa)和模量(12 kPa)，并增強了熱穩定性。

圖7 不同放大倍數下的IPNFA SEM圖像顯示：(a)均勻的網狀結構；(b)纖維-纖維結合點；(c)IPNFA強健機械性能演示[30] Fig 7 SEM images of the obtained IPNFAs with different magnifications: (a) the uniform cellular structure and (b) the fiber-fiber bonding point, (c) images showing the robust mechanical property of IPNFAs[30]

Wang等[31]將淀粉納米纖維置于戊二醛溶液中進行化學交聯，成功引入C-O-C鍵，使纖維焊接。戊二醛交聯后的淀粉纖維表現出優異的力學性能、水穩定性及抗菌性能。與原始纖維相比，拉伸強度提高了近10倍，模量提高近9倍(圖8)。McCutcheon等為了克服電紡膜機械強度低導致壓力驅動下的液體過濾挑戰，提出了一種溫和的化學改進方法，這種化學修飾涉及一種叫多胺的親水聚合物(PDA)。將PDA沉積在PAN和PSu電紡納米纖維膜上之后，整個納米纖維膜的結點顯著增加。由此獲得的膜具有足夠的機械強度，能夠承受壓力或真空引起的過濾[32]。

圖8 交聯前后淀粉纖維膜的照片：(a)交聯前；(b)交聯后；交聯前后淀粉纖維膜的SEM圖：(c)交聯前;(d)交聯后；(e)不同時間交聯前后淀粉纖維的應力-應變曲線[31]Fig 8 (a, b) Photos of a starch fiber membrane before and after phase crosslinking, (c, d) SEM images of starch fiber membrane before and after phase crosslinking, (e) stress-strain curves of the starch fiber before and after the crosslinking for different periods of time[31]

由于強健的引入，化學交聯焊接對拉伸強度提升效果顯著，但光交聯引發劑、化學交聯劑等有毒有害化學試劑的使用限制了此法的廣泛應用。

1.3 物理修飾

常用的物理修飾方法包括機械拉伸和熱處理。當沿一個方向機械拉伸時，納米纖維中的聚合物分子鏈會被迫沿拉伸方向發生取向。因此，納米纖維中聚合物的結晶度提高，從而提高了纖維膜的拉伸強度[18]。Wang等[33]在90%(體積分數)的乙醇溶液中機械拉伸電紡絲蛋白膜，研究發現，絲蛋白纖維的β-折疊構象、結晶度以及沿著拉伸方向取向的纖維數目均隨著拉伸比增加。當拉伸比為1.4時，斷裂強度、斷裂能分別由拉伸前的1.8 MPa和93.2 J/kg增加到8.6 MPa和172.2 J/kg。機械拉伸和熱處理或溶液處理相結合的方法，可進一步調控納米纖維中聚合物的結晶度，從而提升力學性能。Yang等[34]將電紡PAN-聚甲基丙烯酸甲酯(PAN-PMMA)核殼纖維沿著軸向機械拉伸100%后又在120 ℃下熱處理5 min，得到的纖維拉伸強度和模量較原始纖維分別提升了673.4%和875.3%。但值得注意的是，如果拉伸過度將會使纖維斷裂，反而降低纖維膜力學性能。

熱處理電紡纖維有助于提升其力學性能和熱穩定性。原因在于熱處理過程中往往伴隨著形成新的晶區使纖維結晶度提高，或者發生誘導擴散提升纖維均一性。Chu等[35]熱處理聚(乙交酯-co-丙交酯)(PLGA)纖維使其結晶度提高，力學性能增強明顯。但熱處理或撤去拉伸應力后纖維膜由于應力松弛可能會發生收縮，纖維膜尺寸發生變化。

2 靜電紡絲納米纖維應用

2.1 分離過濾

近年來，糟糕的空氣質量、頻繁的海洋溢油及有機物泄露已經成為世界上最嚴重的環境問題之一并危及人類健康。膜分離過濾技術無污染、效率高、適用范圍廣是改善環境問題重要而有效的方法。靜電紡絲納米纖維膜由于高比表面積、高孔隙率、高連通性、可控結構等獨特的性能，在空氣過濾、污水處理等領域具有廣闊的應用前景[36-37]。

為獲得具有高效、低阻的空氣過濾膜，Ding等[38]通過電紡結合冷凍干燥將SiO2納米纖維、細菌纖維素納米纖維及疏水性Si-O-Si彈性粘合劑構筑為具有強大機械性能的籠狀結構超柔性納米纖維氣凝膠(CSA)，隨后通過N-鹵胺化合物二羥甲基-5，5-二甲基乙內酰脲修飾使其具有病原體滅活功能。CSA的籠狀纖維結構和N-鹵胺接枝基團，結合其強大的機械性能，使其成為具有可再生抗菌和抗病毒的空氣過濾材料。碳基纖維膜具有超疏水性及優異的機械性能和化學穩定性，在油水分離領域展現出巨大的應用潛力，但脆性大。Li等[39]通過靜電紡絲結合熱處理及氟化工藝制備出柔性超疏水的碳纖維膜(CFMHF)，測試結果表明，CFMHF具有較高的通油量(3 590 L/(m2·h))，油水分離效率可達98%以上(圖9)。

圖9 (a)CFMHF 制備示意圖；(b)CFMHF柔性展示；(c)不同ZnAc含量的CFMs力學性能表征[39]Fig 9 (a) Schematic diagram of the preparation of CFMHF, (b)demonstration of the flexible characteristic of CFMHF, (C) elastic modulus and stress-strain curves of CFMs in different ZnAc amount[39]

2.2 電化學儲能

電紡納米纖維由于長徑比高，比表面積大、電子/離子傳輸速率快、可修飾性好等優點使其在電化學儲能領域受到越來越多的關注[40]。具有優異電化學性能的金屬氧化物電紡納米纖維通常經過煅燒得到，因此幾乎呈粉狀，缺乏機械完整性，在組裝電池時若無粘結劑將不能直接使用。柔性、自支撐可穿戴電子設備的研究應運而生，成為近幾年的研究熱點[41-42]。研究策略通常為將電紡纖維在惰性氣體氛圍中進行煅燒，使絕緣聚合物碳化，一方面增加其導電性，一方面作為載體，給金屬氧化物提供骨架支撐，保持結構完整性。此外，石墨化后的聚合物普遍具有一定的柔性，可自支撐作為儲能材料。

Li等[43]通過靜電紡絲制備了柔性可折疊的SnS2@C-2納米纖維(圖10)，并通過調整SnS2的比例，實現了SnS2的均勻分布和SnS2@C-x納米厚度的控制(280～1470 nm)。將其應用于鉀離子電池負極材料時，SnS2@C-2納米纖維表現出較高的可逆容量(457.4 mAh/g@0.05/g)，優異的循環穩定性(～1000圈@2.0 A/g)和倍率性能(219.4 mAh/g@5.0 A/g)。Hou等[44]通過電紡和隨后的碳化處理得到了自支撐可折疊的V2O3/多通道碳納米纖維(V2O3/MCCNFs)復合材料，V2O3/MCCNFs電極具有出色的容量及超長的使用壽命，在0.1 A/g下經過240圈循環后，仍可提供881.1 mAh/g的優異容量。在5 A/g的高電流密度下循環5000圈后，其容量仍可達487.8 mAh/g，而衰減率僅為0.00323%。V2O3和多通道結構的協同作用促進了電解液的滲透，縮短了Li+的傳輸長度，同時增加了活性物質/電解液的接觸面積并緩沖了材料的體積變化。

圖10 (a)靜電紡絲法制備過程示意圖；(b)SnS2@C-2納米纖維柔性演示[43]Fig 10 Schematic illustration of the synthetic process via the electrospinning method, and demonstration of the flexible characteristic of SnS2@C-2 nanofibers[43]

Liu等[45]通過靜電紡絲成功制備了具有優異機械柔性的SnTe/C納米纖維膜(SnTe/CNFM)，在彎曲、卷曲、折疊和揉捏后仍可恢復到原始狀態而不會發生任何損壞。將其用作鋰/鈉離子電池的自支撐負極時，表現出優異的電化學性能。研究表明，當用于鋰離子半電池時，在1 000 mA/g下循環1 000圈后的放電容量為526.7 mAh/g，以LiFePO4為正極，組裝成鋰離子全電池時，其在500 mA/g下循環80圈后的放電容量為236.5 mAh/g。此外，當用于鈉離子半電池時，在200 mA/g下循環200圈后，放電容量為182.7 mAh/g，以Na0.44MnO2為正極，組裝成鈉離子全電池時，在500 mA/g下循環50圈后的放電容量為207.0 mAh/g。

2.3 生物醫學

靜電紡絲納米纖維在各種生物醫學領域均有廣泛的應用[46]。研究者通過對其直徑、孔隙率、取向、堆疊、圖案、表面官能團、機械性能和生物降解性等結構和性能進行設計，獲得了各類纖維支架，用于傷口敷料或干細胞分化，以增強各種類型組織(例如，神經、皮膚、心臟、血管和肌肉骨骼系統)和組織界面的修復或再生[18]。

Yin等[47]自制手持式靜電紡絲裝置制備了具有防水、透氣和抗菌活性的百里酚負載聚氨酯(EPU)纖維膜傷口。研究結果表明，由EPU、氟化聚氨酯(FPU)和百里酚組成的納米纖維膜結構均一，且具有優異的防水性和抗菌性及力學性能，其靜水壓為17.6 cm H2O，透氣性為 3.56 kg/(m2·d)，拉伸應力高達1.83 MPa，應變高達453%(圖11)。為了增加成骨誘導率和血管化，Wan等[48]發展了一種MOF晶體修飾的不對稱雙層PCL/膠原蛋白(PCL/Col)電紡膜用于引導骨再生。文中通過優化PCL/Col質量比實現了復合膜的機械性能和降解速率的可控。體外實驗表明，PCL/Col/ZIF-8復合膜為成骨細胞提供了基礎微環境，最終在大鼠顱骨缺損模型中實現了骨和血液血管的同時修復。

圖11 不同百里酚含量的EPU/FPU/Thymol纖維膜SEM圖：(a)2 wt%；(b)wt%4；(c)wt%6；(d)8 wt%；(e)EPU/FPU/Thymol-8纖維膜透氣性展示；(f)EPU/FPU/Thymol纖維膜應力-應變曲線[48]Fig 11 SEM images of EPU/FPU/Thymol membranes with various thymol contents: (a) 2 wt%, (b) 4 wt%, (c) 6 wt%, and (d) 8 wt%, (e) a demonstration of the breathable performance of the EPU/FPU/Thymol-8 fibrous membranes, (f) stress-strain curves of EPU/FPU/Thymol membranes[48]

3 結 語

在過去的20年中，隨著靜電紡絲技術的發展，靜電紡絲微納纖維的結構和組成設計取得了顯著進展，可適應各種應用。通過控制紡絲工藝、調控前驅體組成以及結合后處理等過程，各種各樣的材料，如聚合物、小分子、納米粒子以及復合材料已經成功地被電紡成納米纖維，各種各樣的結構，如多級孔、中空、核殼以及圖案化結構被成功構筑。由于其卓越的性能，電紡納米纖維在環境保護、能量收集/轉換/儲存和生物醫學等領域得到了廣泛的應用。但靜電紡微納米纖維材料較低的力學性能很大程度上限制了其進一步的應用。雖然目前發展了多種力學性能增強方法，但均具有一定的局限性。例如，通過納米填充得到的復合纖維的力學性能往往與填充質本身相距甚遠，像CNT、CNC這樣本身力學性質非常優秀的材料在作為增強質制備復合材料之后，機械性質也未能充分的發揮，其中最主要的原因在于填充質分布不均勻或者填充質與基質的界面相互作用弱導致的應力傳遞障礙；交叉點焊接或物理修飾程度難以精確控制導致力學增強效果有限。

靜電紡微納米纖維材料力學性能與傳統纖維材料相比，仍存在較大的差距，應從(1)提高納米填充質在聚合物基質里的分散程度；(2)調節聚合物分子鏈及納米填充質在聚合物基質中的取向；(3)增強納米填充質之間和納米填充質與聚合物基質之間的界面相互作用等方面增強單根纖維的力學性能。利用纖維之間的纏結、交聯增強纖維膜的宏觀力學性能。此外，應考慮從單根纖維-纖維膜多層次結構出發對材料進行協同增強設計提升電紡纖維力學性能，從而進一步拓展電紡纖維的應用場景。