靜電紡絲是一種用聚合物制備直徑在納米到微米的范圍內納米纖維的簡單而通用的技術，并且在過去二十年中迅速發展起來。納米碳材料，通常指碳納米管，石墨烯和富勒烯及其衍生物，包括量子點，納米纖維和納米帶，由于其獨特的結構特點和出色的物理化學性質而受到越來越多的關注。在電紡聚合物纖維中加入納米碳用于增加纖維的功能，例如，可以改善機械、電化學和熱性能，以及賦予組織工程和傳感器支架的生物功能。
在該篇綜述中，研究者概述了通過靜電紡絲技術用納米碳改善聚合物基復合材料的性能。作者簡要介紹了各種類型的納米碳材料，并總結了電紡納米碳填料聚合物納米纖維的設計和制備的最新進展。關于復合材料的制備，作者關注納米碳的功能化策略以及隨機和取向聚合物納米復合材料的制備。然后，還探究了電紡納米碳聚合物基復合納米纖維的機械，電氣和熱性能等物理特性。得益于卓越的導電性，高孔隙率，獨特的墊子結構等特性，聚合物復合納米纖維在許多組織工程和傳感器領域的具有很大的應用前景。相關研究成果發表于Progress in Polymer Science， 2018，86,40-84.（IF=24.558）
電紡碳納米管聚合物納米纖維
圖2
（a）用mwCNT共聚電紡的多孔結構聚碳酸酯納米纖維的SEM；（b）表面均勻吸附CNT的尼龍6納米纖維的SEM；（c）mwCNT沿聚酰亞胺納米纖維軸的分散和排列的TEM；（d）通過將PEO直接電紡絲成水平排列的混合織物的實驗裝置,通過改變心軸轉速來控制厚度；（e）帶負電荷的mwCNT和帶正電荷的殼聚糖的交替沉積制造多層納米纖維復合材料的示意圖；（f）在極性溶劑中對碳納米管酰胺化及對其分散性影響的照片。
電紡石墨烯基聚合物納米纖維
圖3 （a）石墨烯增強的PBASE / PVAc納米纖維的高倍放大TEM；（b）中空PVA基復合納米纖維結構的SEM，其通過共電紡絲形成2wt％的熱減少氧化石墨烯；（c）氧化石墨烯增強的PLGA-絲柞蠶納米纖維的TEM；（d）用石英制備的石墨烯浸涂復合納米纖維的制備方法示意圖。（e）摻入納米粒子裝飾的氧化石墨烯的共電紡PVA納米纖維的TEM。
電紡納米金剛石基聚合物復合材料
圖4.（a）SEM顯示純PLA納米纖維的均勻形態; （b）SEM顯示負載0.5wt％ND的PLA納米纖維的均勻形貌; （c）SEM顯示載有1wt％ND的PLA納米纖維的均勻形貌；（d）SEM顯示載有2wt％ND的PLA納米纖維的珠狀形貌; （e）SEM顯示載有3wt％ND的PLA納米纖維的串珠形貌; （f）納米纖維直徑隨著ND負載量增加而減少的條形圖。
其他電紡納米碳聚合物
圖5.（a）在PVP納米纖維中的負載富勒烯類碳納米顆粒（FLCP）形成有核殼結構的有機/無機雜化材料的示意圖[226]；（b）（左）TEM均勻分布混合CQDs-Bi20TiO32納米填料共電紡PAN納米纖維；（右）相對應的高分辨率圖（c）（上排）SEM和TEM顯示含10wt％納米金剛石的PAN納米纖維形態和結構；（下排））SEM和TEM顯示含60wt％納米金剛石的PAN納米纖維形態和結構；（d）通過超聲波制備負載石墨納米片的聚氨酯納米纖維的微觀結構。
應用
組織工程支架：由于良好的生物相容性和生物降解性，聚合物如聚（ε-己內酯）（PCL），聚（乳酸）（PLA）和絲素蛋白用于制備靜電紡絲再生腳手架。然而，這些聚合物支架顯示出有限的機械強度和電導率，無法維持慢性組織再生和有效的信號傳輸。通過復合碳材料來改善其機械性能、導電性和生物特性。
圖10.（a-d）電紡PCL-mwCNTs納米纖維膜在降解4周和8周后的形態；（e）在沒有mwCNT的蓋玻片，PVA /殼聚糖納米纖維墊以及PVA /殼聚糖/ mwCNTs納米纖維墊吸附蛋白質。（f）靜電紡絲PCL-mwCNTs電紡納米纖維膜的溶血百分比;（g）靜電紡絲PCL-mwCNT納米纖維膜的動態凝固時間。
化學和生物傳感器
由于快速電子轉移，良好的電氣性能來改善傳感器的電性能、電導率和電化學穩定性，碳材料如將CNT，石墨烯和石墨烯量子點（GOD）被結合到電紡材料中，此外，復合碳材料官能化CNT能夠通過共價鍵合將催化劑負載在傳感器上。
圖14.（a）負載GOX的PAN / mwCNT傳感器制造工藝的示意圖。（b）PVA / GOD熒光傳感器的可能檢測機制。 （c）PVA /石墨烯/ Ag NPs非酶傳感器的示意性制造和可能的檢測H2O2的機制。（d）用于檢測揮發性有機蒸氣的PMMA / CNT傳感器的示意圖。（e）碳量子點/ mesoSiO2 / PAN納米纖維膜檢測Fe（III）的示意圖。
環境修復/水和空氣處理
由于表面積大，孔隙率高，互連性好，靜電紡絲納米纖維膜成為過濾和吸附材料水和空氣中的污染物有效材料。纖維結構的大表面積提供了與污染物分子相互作用的位點數量。孔隙率高，性能好纖維膜的互連確保了對流體流的高滲透性。而且電紡納米纖維膜在吸附后可以很容易地從反應溶液中分離出來，這表明易用性和可回收性潛力。擁有優異的機械、熱和電性能，CNT和石墨烯等納米碳材料用于增強電紡納米纖維膜，從而改善其在水和空氣處理方面的能力。
圖15.（a）CNT-聚合物納米纖維用于有效去除芘的應用。（b）CNT-聚合物納米纖維在膜蒸餾中的應用。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2018.07.002
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