DOI: 10.1016/j.compositesb.2022.110386

静电纺丝是制备纳米材料的常用方法。在众多电纺材料中，电纺碳纳米纤维（CNFs）由于其良好的机械性能、高比表面积、优异的柔性、物理和化学稳定性，已成为先进功能材料的热门研究方向之一。尤其，静电纺丝、电纺CNFs及其衍生增强复合材料在满足各种应用的工程进展方面取得了重大突破。本文旨在对电纺CNF增强复合材料进行全面综述。首先，介绍了电纺CNFs的不同前驱体、相关性能和表面改性策略（如物理改性和化学改性）。其次，详细介绍了电纺CNFs基增强复合材料的制备方法。然后，讨论了电纺CNF增强复合材料的功能应用。最后，还展望了电纺碳纤维增强复合材料的挑战和未来解决方案。本综述为CNFs表面改性策略提供了基础但深入的理解，以便开发出能够为复合材料工业、国防和航空航天领域所用的高性能电纺CNF增强复合材料。

图1.电纺CNFs的前体和改性及其作为增强复合材料的应用概述。

图2.常规静电纺丝装置示意图。

图3.（a）CNFs的SEM图像，（b）弹性模量与温度的关系。（c）CFM的接触角，（d）CFMHF的制备过程，（e）不同ZnAc含量的CFMs的杨氏模量和（f）应力-应变曲线。（g）纯PAN纳米纤维和（i）Al2O3-PAN纤维复合材料的SEM图像，（j）样品的断裂能。

图4.PI-CNFs的SEM图像：（a）无珠串，（b）珠串结构。（c）具有不同SCNFs含量的SCNFs/PI复合材料的应力-应变曲线。（d-f）不同样品的SEM图像，（g-i）CNF/MnO2-x（x=10、30和60）。

图5.（a）同轴电纺装置，（b）CSCNF-SnO2 CNFs的合成过程，（c）CSCNF、（d）CSCNF-20SnO2和（e）CSCNF-40SnO2的FE-SEM图像，以及（f）CSCNF-40SnO2膜的柔性光学图像。

图6.（a-c）多孔CNFs的SEM图像、（d）孔体积、（e）表面积和（f）孔径。（g）NiCo2S4/HCS@CFs的SEM图像，（h）NiCo2S4/HSC@CFs的N2吸附-解吸曲线和（i）孔径分布。（j）FCF-750和（k）FCF-800的SEM图像，（l）FCF-800的TEM图像。

图7.（a）NiFe@PAN@Co PFs和（b,c）NiFe@C@Co CNFs的SEM图像，（d）样品的N2吸附-解吸曲线。（e）OMCWs的制备过程，沿OMCW-3-0.2-20的（f）[110]和（g）[100]方向的TEM图像，（h）OMCW-X-0.2-20（XPVP=1,3,5）的N2吸附-解吸曲线，和（i）孔径分布。

图8.（a）样品的拉伸性能。（b）木质素基垫在不同阶段的应力-应变曲线。（c-f）复合材料的机械性能。

图9.（a）未处理和（b）处理10分钟的PI/EP复合材料的SEM图像，PI/EP合成材料的拉伸强度（c）和ILSS（d）。（e）PFNCNFs的制备过程，（f-k）用等离子体处理的CNFs的FESEM图像。

图10.（a）PAN纤维的FT-IR光谱，（b）CNFs在不同UV辐射温度下的拉伸强度，和（c）模量。

图11.（a）热诱导处理期间的断裂伸长率、拉伸强度和模量。稳定的PAN纳米纤维在（a）不同温度下持续1小时以及在（b）280℃下持续不同时间的FTIR光谱。

图12.含（a）0.3%ECNFs-HAD、（b）VGCNFs-HAD和（c）GCNFs-HAD的CNF增强复合材料的SEM图像，（d）CFRP的ILSS、（e）弯曲强度和（f）拉伸强度。（g）表面积和孔隙体积。（h）CNF和（i）CNF-PF-3的水接触角，（j）CNF-PF-3的SEM图像。（k）不同结构CNFs的制备过程。

图13.（a）PAN和（b）PAN-g-GMA纤维增强复合材料的FE-SEM图像，（c）样品的应力-应变曲线。（d）原始ECNFs和接枝ECNFs的FT-IR。（e）MPCNFs和（f）Pt/MPCNFs的TEM图像。

图14.（a）热塑性PA基复合材料的制备，（b）含PA NF的复合材料的SBS载荷-位移曲线和（c）应力-应变曲线。（d）复合材料的应力-应变曲线，弯曲试验后（e）CF/EP和（f）DCPD/PPESK-CF/EP层压板的SEM图像。

图15.（a）超疏水CNF杂化膜的制备。（b）CNF的接触角。（c）复合材料分层的SEM图像、（d）应力-应变曲线和（e）弯曲模量。（f-i）断裂表面复合材料涂层的SEM图像。不含ZrO2（j）和含有ZrO2（k）的复合材料的应力-应变曲线。

图16.（a）PANI@HPCNFs@CNTs的制备，（b）HPCNFs@CNTs的SEM图像和（c）柔性展示，（d）四种CNFs和PANI修饰CNTs的拉伸应力和（e）弯曲刚度。

图17.（a）电纺CNFs复合膜的应力-应变曲线。具有不同CNFs负载的（b-e）PCNF-E和（f-i）胺官能化CNFs（NCNFs-E）的断裂表面的SEM图像，（j）纯环氧树脂（NE）、PCNF-E和NCNFs-E的应力-应变曲线，（k）拉伸强度和（l）模量。

图18.（a）复合材料的制备过程，（b）4wt%MWCNTs-CNFs的SEM图像，（c）不含MWCNTs和（d）含4wt%MWCNTs的CNFs的断裂表面，（e）挠曲曲线、（f）挠曲强度和模量。

图19.（a）ECNFs的杨氏模量，（b,c）ECNF-1.0的油水混合物分离，（d）ECNFs的应力-应变曲线，（e）ECNFs对甲苯的渗透通量，（f）ECNF-1.0对几种普通有机溶剂的通量。（g）超细纤维和（h）商用多孔碳在25℃下的CO2吸附曲线，（i）低于160mbar的CO2吸附曲线。

图20.（a）样品的电导率；（b）ACF/环氧树脂复合材料的SET，（c）ACF/环氧树脂复合材料的EMI屏蔽机制示意图。（d）比较CF-Ni-PDA/CF-PDA/环氧树脂和CF-Ni/环氧树脂之间的机械性能，（e）不同样品的EMI SE，（f）电导率，（g）SEoverall、SEA和SER，以及（h）功率平衡，（i）EMI屏蔽机制示意图。

图21.（a）10mV/s下的CV曲线，（b）1A/g下的充放电曲线，（c）倍率性能，（d）SESCs的机械电化学性能，（e）当拉伸应力为120MPa时，SESCs在0.1A/g下的循环能力。

图22.电纺CNF增强复合材料的问题、面临的挑战和策略。