静电纺丝是一种用聚合物制备直径在纳米到微米的范围内纳米纤维的简单而通用的技术，并且在过去二十年中迅速发展起来。纳米碳材料，通常指碳纳米管，石墨烯和富勒烯及其衍生物，包括量子点，纳米纤维和纳米带，由于其独特的结构特点和出色的物理化学性质而受到越来越多的关注。在电纺聚合物纤维中加入纳米碳用于增加纤维的功能，例如，可以改善机械、电化学和热性能，以及赋予组织工程和传感器支架的生物功能。

在该篇综述中，研究者概述了通过静电纺丝技术用纳米碳改善聚合物基复合材料的性能。作者简要介绍了各种类型的纳米碳材料，并总结了电纺纳米碳填料聚合物纳米纤维的设计和制备的最新进展。关于复合材料的制备，作者关注纳米碳的功能化策略以及随机和取向聚合物纳米复合材料的制备。然后，还探究了电纺纳米碳聚合物基复合纳米纤维的机械，电气和热性能等物理特性。得益于卓越的导电性，高孔隙率，独特的垫子结构等特性，聚合物复合纳米纤维在许多组织工程和传感器领域的具有很大的应用前景。相关研究成果发表于Progress in Polymer Science， 2018，86,40-84.（IF=24.558）

电纺碳纳米管聚合物纳米纤维

图2

（a）用mwCNT共聚电纺的多孔结构聚碳酸酯纳米纤维的SEM；（b）表面均匀吸附CNT的尼龙6纳米纤维的SEM；（c）mwCNT沿聚酰亚胺纳米纤维轴的分散和排列的TEM；（d）通过将PEO直接电纺丝成水平排列的混合织物的实验装置,通过改变心轴转速来控制厚度；（e）带负电荷的mwCNT和带正电荷的壳聚糖的交替沉积制造多层纳米纤维复合材料的示意图；（f）在极性溶剂中对碳纳米管酰胺化及对其分散性影响的照片。

电纺石墨烯基聚合物纳米纤维

图3 （a）石墨烯增强的PBASE / PVAc纳米纤维的高倍放大TEM；（b）中空PVA基复合纳米纤维结构的SEM，其通过共电纺丝形成2wt％的热减少氧化石墨烯；（c）氧化石墨烯增强的PLGA-丝柞蚕纳米纤维的TEM；（d）用石英制备的石墨烯浸涂复合纳米纤维的制备方法示意图。（e）掺入纳米粒子装饰的氧化石墨烯的共电纺PVA纳米纤维的TEM。

电纺纳米金刚石基聚合物复合材料

图4.（a）SEM显示纯PLA纳米纤维的均匀形态; （b）SEM显示负载0.5wt％ND的PLA纳米纤维的均匀形貌; （c）SEM显示载有1wt％ND的PLA纳米纤维的均匀形貌；（d）SEM显示载有2wt％ND的PLA纳米纤维的珠状形貌; （e）SEM显示载有3wt％ND的PLA纳米纤维的串珠形貌; （f）纳米纤维直径随着ND负载量增加而减少的条形图。

其他电纺纳米碳聚合物

图5.（a）在PVP纳米纤维中的负载富勒烯类碳纳米颗粒（FLCP）形成有核壳结构的有机/无机杂化材料的示意图[226]；（b）（左）TEM均匀分布混合CQDs-Bi20TiO32纳米填料共电纺PAN纳米纤维；（右）相对应的高分辨率图（c）（上排）SEM和TEM显示含10wt％纳米金刚石的PAN纳米纤维形态和结构；（下排））SEM和TEM显示含60wt％纳米金刚石的PAN纳米纤维形态和结构；（d）通过超声波制备负载石墨纳米片的聚氨酯纳米纤维的微观结构。

应用

组织工程支架：由于良好的生物相容性和生物降解性，聚合物如聚（ε-己内酯）（PCL），聚（乳酸）（PLA）和丝素蛋白用于制备静电纺丝再生脚手架。然而，这些聚合物支架显示出有限的机械强度和电导率，无法维持慢性组织再生和有效的信号传输。通过复合碳材料来改善其机械性能、导电性和生物特性。

图10.（a-d）电纺PCL-mwCNTs纳米纤维膜在降解4周和8周后的形态；（e）在没有mwCNT的盖玻片，PVA /壳聚糖纳米纤维垫以及PVA /壳聚糖/ mwCNTs纳米纤维垫吸附蛋白质。（f）静电纺丝PCL-mwCNTs电纺纳米纤维膜的溶血百分比;（g）静电纺丝PCL-mwCNT纳米纤维膜的动态凝固时间。

化学和生物传感器

由于快速电子转移，良好的电气性能来改善传感器的电性能、电导率和电化学稳定性，碳材料如将CNT，石墨烯和石墨烯量子点（GOD）被结合到电纺材料中，此外，复合碳材料官能化CNT能够通过共价键合将催化剂负载在传感器上。

图14.（a）负载GOX的PAN / mwCNT传感器制造工艺的示意图。（b）PVA / GOD荧光传感器的可能检测机制。 （c）PVA /石墨烯/ Ag NPs非酶传感器的示意性制造和可能的检测H2O2的机制。（d）用于检测挥发性有机蒸气的PMMA / CNT传感器的示意图。（e）碳量子点/ mesoSiO2 / PAN纳米纤维膜检测Fe（III）的示意图。

环境修复/水和空气处理

由于表面积大，孔隙率高，互连性好，静电纺丝纳米纤维膜成为过滤和吸附材料水和空气中的污染物有效材料。纤维结构的大表面积提供了与污染物分子相互作用的位点数量。孔隙率高，性能好纤维膜的互连确保了对流体流的高渗透性。而且电纺纳米纤维膜在吸附后可以很容易地从反应溶液中分离出来，这表明易用性和可回收性潜力。拥有优异的机械、热和电性能，CNT和石墨烯等纳米碳材料用于增强电纺纳米纤维膜，从而改善其在水和空气处理方面的能力。

图15.（a）CNT-聚合物纳米纤维用于有效去除芘的应用。（b）CNT-聚合物纳米纤维在膜蒸馏中的应用。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2018.07.002