导语

聚偏二氟乙烯，简称PVDF，是一种高度非反应性热塑性含氟聚合物。具有弹性、低重量、低导热性、高耐化学腐蚀性以及耐热性等多重优良性质。本期内容精选了近期静电纺PVDF纳米纤维的研究进展，主要介绍了其在压电传感器、自供电传感器、环保口罩、油水分离膜等方面的应用进展，供大家了解学习。

1、西安工程大学刘呈坤教授ACS Appl. Mater. Interfaces ( IF 10.383 )：基于结构化 PVDF 复合纳米纤维膜的柔性自供电摩擦压电传感器

➣挑战：柔性传感器作为可穿戴设备的主要组成部分，受到了广泛关注。然而传统的柔性传感器需要外部供电，缺乏柔性和可持续供电。

➣方法：西安工程大学刘呈坤教授采用静电纺丝法制备了掺杂不同质量分数MXene和氧化锌的聚偏氟乙烯(PVDF)基复合纳米纤维膜，并将其组装成柔性自供电摩擦压电传感器。

➣创新点1：采用双层结构、互穿结构或核壳结构的PVDF/MXene-PVDF/ZnO (PM/PZ)纳米纤维膜可以通过填料掺杂和结构设计的协同作用进一步增强PVDF基纳米纤维膜的压电性能。

➣创新点2：由核壳PM/PZ纳米纤维膜制成的自供电摩擦压电传感器的输出电压与施加的压力呈良好的线性关系，并且可以对人体运动引起的弯曲变形产生良好的压电响应。

https://doi.org/10.1021/acsami.3c05540

2、郑州大学郑国强教授ACS Appl. Mater. Interfaces ( IF 10.383 )：静电纺芯鞘结构PVDF压电纤维用于自供能传感

➣挑战：聚偏氟乙烯（PVDF）基压电材料在智能穿戴、健康管理、能量收集、环境保护等领域受到了越来越多的关注。传统的PVDF基压电材料的制备工艺，通常得到的是α晶型的压电材料，这限制了其压电性能的提升。

➣方法：郑州大学郑国强教授通过自制的收集装置制备了性能特点不同的柔性以及弹簧状压电纤维传感器，分别在弯曲模式以及压缩模式下测试了其压电性能，进而将其用在健康监测等领域。

➣创新点1：静电纺丝工艺具有原位极化和机械拉伸的优势，通过FTIR、XRD等测试证明了电纺之后压电聚合物中β晶的相对含量有着明显的提升。

➣创新点2：此外，将柔性压电纤维传感器和弹簧状压电纤维传感器分别在弯曲和压缩模式下测试了其压电输出性能，均有不错的表现。

➣创新点3：通过COMSOL软件对压电器件工作状态时的应力分布和电势分布进行了模拟分析，最后将其应用在风速传感和睡眠监测等领域，也同样表现出良好的实验预期。

https://doi.org/10.1021/acsami.2c20512

3、南京工业大学仲兆祥教授等人Sep. Purif. Technol.( IF 9.136 )：耐用和舒适的静电纺纳米纤维膜，用于环保可重复使用的口罩

➣背景：空气污染物，包括颗粒物 (PM)、病原体和气体，给健康带来了严重的挑战。静电纺丝已成为一种合成纳米纤维膜的简便技术，用于分离空气污染物。

➣方法：南京工业大学仲兆祥教授等人以聚偏氟乙烯(PVDF)为原料，对静电纺丝工艺进行了系统优化，制备了纳米纤维膜。

➣创新点1：通过控制静电纺丝工艺的操作参数，控制纤维间距和纤维密度，提高空气过滤性能、耐久性和穿着舒适性，实现了PVDF纳米纤维膜的可扩展和舒适(低压降)空气过滤效率。

➣创新点2：与商用医用口罩相比，PVDF纳米纤维膜具有更小的纤维直径和更高的机械强度。这一策略为环保可重复使用的口罩提供了机会，可用于过滤空气中的超细污染物，包括PM、有毒气体和病原体。

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124370

4、四川大学张楚虹教授Small ( IF 15.153 )：同轴静电纺丝法制备 PVDF 中空纤维

➣挑战：静电纺聚偏氟乙烯(PVDF)压电纤维具有较高的机电耦合性能，在机械能收集和自供电传感方面具有很高的应用潜力。定制纤维形态的策略一直是实现增强压电输出的主要焦点。然而，压电性能与纤维结构之间的关系尚不清楚。

➣方法：四川大学张楚虹教授和刘新刚研究员采用同轴静电纺丝法制备PVDF中空纤维，其壁厚可通过改变内溶液浓度来调节。

➣创新点1：仿真分析表明，随着内径的增大，空心纤维的有效变形增大，导致压电输出增强，与实验结果吻合良好。本研究首次从仿真和实验两方面揭示了PVDF中空纤维形态调控对其压电性能的影响机理。

➣创新点2：最优PVDF中空光纤压电能量采集器(PEH)的压电输出电压为32.6 V，约为PVDF固体光纤PEH的3倍。此外，中空光纤PEH输出的电能可以稳定地存储在二次储能系统中，为微电子供电。

https://doi.org/10.1002/smll.202303285

5、新加坡国立大学Seeram Ramakrishna教授Adv. Fiber Mater. ( IF 12.958)：自供电压电纳米纤维膜开发可穿戴触觉传感器

➣背景：可穿戴式传感器因其方便穿戴在身体上，实时监测和跟踪身体运动或锻炼活动而引起了广泛的兴趣。然而，可穿戴电子产品依赖于供电系统来运行。

➣方法：新加坡国立大学Seeram Ramakrishna教授以静电纺聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维为材料，研制了一种低成本、制作简单、可自供电、多孔、柔性化、疏水透气的触觉传感器。

➣创新点1：制备的BTO@PVDF压电纳米发电机(PENG)具有较高的β相含量和最佳的综合电学性能，因此被选为柔性传感器件的组件。

➣创新点2：该纳米纤维膜具有强大的触觉传感性能，该装置具有超过12,000次加载测试循环的耐久性，保持82.7 ms的快速响应时间，响应0-5 bar的宽压力范围，并显示出较高的相对灵敏度，特别是在垂直于表面施加压力的11.6 V/bar的小力范围内。

➣创新点3：此外，当其附着在人体上时，其独特的纤维和柔性结构使触觉传感器通过将不同运动的动作转换为具有各种模式或序列的电信号，以自供电的方式呈现为医疗监视器。

https://doi.org/10.1007/s42765-023-00282-8

6、哈尔滨工业大学邵路教授团队J. Membr. Sci. (IF 10.530 )：具有核壳结构的耐酸超分子纳米纤维水凝胶膜，用于高效油水分离

➣挑战：水凝胶具有水化能力强、低粘接、防污等特点，是含油污水处理的理想材料。具有耐恶劣环境（如强酸性环境）超疏油性的先进水凝胶分离膜具有重要意义，但鲜有报道。

➣方法：哈尔滨工业大学邵路教授团队以聚偏氟乙烯(PVDF)为增强芯材，采用同轴静电纺丝法设计了超分子纳米纤维水凝胶膜。

➣创新点1：二甲基亚砜(DMSO)调控单宁酸(TA)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)之间的氢键交联。随着 DMSO 的挥发，PVP 和 TA 之间形成了水不溶性超分子壳，紧紧包裹在 PVDF 核周围。

➣创新点2：纤维水凝胶膜具有稳定的超润湿性和空间连通性，对各种水包油乳液甚至强酸性油水乳液具有较高分离性能。SDS稳定的酸性油水乳状液分离渗透率可达22293 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹，连续分离3 h后仍保持在17834 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹左右。

https://doi.org/10.1016/j.memsci.2023.121705