本文发表于 *Progress in Natural Science: Materials International*，作者团队来自法国里尔大学、埃塞俄比亚哈瓦萨大学、美国密苏里大学、中国科学院新疆理化技术研究所、中国科学院大学及埃塞俄比亚巴赫达尔大学等机构，Bekinew Kitaw Dejene 为第一作者，Mulat Alubel Abtew 为通讯作者。文章于2026年3月17日在线发表，系统综述了静电纺丝压电纳米复合材料在生物传感与能量收集领域的最新进展。文章对材料设计、制备策略和应用研究进行了系统梳理，为可穿戴电子和生物医学技术提供了重要参考。

该综述围绕静电纺丝压电纳米复合材料，主要从以下几个主观点展开论述。

第一，静电纺丝压电纳米复合材料为替代传统刚性压电器件提供了重要途径。文章指出，传统无机压电陶瓷如石英、锆钛酸铅和钛酸钡虽然具有高压电系数和稳定极化行为，但其固有的脆性、刚性和低机械柔顺性限制了其在可穿戴和生物医学平台上的应用。相比之下，静电纺丝技术能够在高压静电场下将聚合物溶液拉伸成直径从数十纳米到数微米的连续纤维，这一过程产生强烈的分子链取向和偶极子排列，从而在无额外机械拉伸或后极化处理的情况下促进电活性晶体相的形成。文章以此为出发点，批判性地分析了静电纺丝压电纳米复合材料如何通过柔性聚合物基体与纳米结构的结合，在人体运动和生理活动相关的低频机械刺激下实现高效机电能量转换。

第二，材料体系设计是提升压电性能的核心。文章系统讨论了聚偏氟乙烯及其共聚物（如P(VDF-TrFE)）、陶瓷-聚合物纳米复合材料（如BaTiO3/PVDF、ZnO/PAN）以及生物可降解和生物基材料（如纤维素衍生物、壳聚糖、丝素蛋白、聚乳酸和聚羟基丁酸酯-co-羟基戊酸酯）等关键材料系统。其中，PVDF基聚合物因具有强偶极矩和形成电活性β相的能力而被广泛研究；β相具有全反式构象和最大偶极矩，是电活性应用中最关键的晶型。文章指出，通过调节静电纺丝参数、加入添加剂（如离子液体表面活性剂、碳纳米管、钛酸钡纳米纤维）以及采用同轴静电纺丝构建核壳结构，可以显著提高β相含量和压电输出。例如，在PVDF纳米纤维中引入钛酸钡和氧化石墨烯后，输出电压从0.75 V提高到2.5 V，电流从4.6 nA提高到10.5 nA；(PVDF-HFP)-TiO2/PVDF-ZnO核壳纤维的输出电压可达14 V，而纯PVDF纤维仅为1.75 V。值得注意的是，文章强调了向无氟、可生物降解材料转向的趋势，指出含氟聚合物因作为持久性“永久化学品”而面临可持续性和监管压力。

第三，制备策略和工艺优化对压电性能至关重要。文章详细介绍了静电纺丝的基本原理，包括高压电源、注射泵和接地收集器三个核心组成部分，以及电压、流速和针头到收集器距离等关键参数对纤维形态和压电性能的影响。在提升压电性能的策略方面，文章重点讨论了纤维排列技术，包括旋转鼓收集器、平行电极和近场静电纺丝等，这些技术通过提高偶极子沿变形轴的一致性来增强方向性压电输出。后处理方法如电晕极化、机械拉伸和热退火同样被证明能显著提升压电性能，例如对P(VDF-TrFE)纳米纤维进行热退火后，结晶度提高约70%，弹性模量提高三倍，压电常数提高55%。文章还介绍了先进的静电纺丝方法，如同轴静电纺丝、并排静电纺丝、双喷嘴静电纺丝、纱线静电纺丝和卷对卷生产系统，以及静电纺丝与电喷雾或3D打印相结合的混合制备策略。这些方法能够制造核壳结构、Janus纤维和复杂多层结构，为多功能压电纳米复合材料的设计提供了更大灵活性。文章还指出了工业规模生产中在成本、可重复性和均匀性方面仍面临的挑战。

第四，能量收集机制和性能评价是理解压电纳米发电机工作原理的基础。文章阐述了压电纳米发电机的本构方程和应变-电荷形式，解释了在机械应力作用下材料内部偶极子重排如何产生电势差并驱动外电路电流的机理。弯曲、拉伸和压缩是三种主要变形模式，其中弯曲在可穿戴应用中尤其有效。文章列举了多种材料体系的性能数据，如PVDF-TrFE/BaTiO3/PVDF-TrFE三明治结构压电纳米发电机在弯曲下输出15.1 V和17.33 μW/cm²的功率密度，并在2000次弯曲循环中保持稳定；基于排列纳米纤维的PVDF纳米发电机在10 N力、2.5 Hz下产生14 V和1.22 μA的输出；PVDF-GO复合材料达到约150 μW/cm²的功率密度。文章指出输出性能受到材料选择、纤维形态（直径、排列、孔隙率）和机械耐久性（疲劳抗性和可洗性）的显著影响。孔隙率对性能的影响研究表明，具有更高表面孔隙率的电纺P(VDF-TrFE)纤维由于局部应力集中和较低介电常数而输出优于表面光滑但β相含量更高的纤维。

第五，应用领域广泛，涵盖可穿戴能量收集和生物医学。在可穿戴能量收集方面，压电纳米纤维纺织品能够将人体运动（如行走、呼吸、心跳）转化为电能，针织能量发生器采用PVDF/钛酸钡混合纤维实现了4 V最大电压和87 μW/cm³功率密度，是早期压电纺织品的45倍。文章列举了自供电传感器在手势识别、步态分析、呼吸监测和脉搏检测等方面的应用实例，例如基于核壳结构PVDF/ZnO纳米纤维的传感器能够区分正常、深呼吸和喘息呼吸模式，并能识别脉搏波中的潮波、叩击波和重搏波分量。此外，压电纳米纤维还被集成到加热夹克和LED嵌入织物等智能服装中。在生物医学领域，压电纳米纤维纺织品被用于伤口愈合电活性敷料、组织再生可降解植入物和自供电生物医学设备。例如，基于丝素蛋白/LiNbO3纳米颗粒/多壁碳纳米管的复合支架在机械刺激下产生15 nA和0.6 V输出，体外细胞增殖提高43%，体内研究表明能加速小鼠皮肤伤口愈合。基于PVDF和银纳米颗粒的微电纳米纤维敷料在12天内加速了感染伤口的愈合，同时银纳米颗粒控制局部感染。

第六，文章最终讨论了当前面临的挑战和未来研究方向。文章指出，可洗性、长期稳定性、可扩展制造和环境可持续性仍是限制静电纺丝压电纳米复合材料广泛应用的关键挑战。未来研究应优先考虑混合能量收集系统、无氟材料、经济高效的纺织品集成策略以及集成多策略设计，其中静电纺丝、填料工程和后处理需要协同优化而非独立处理。界面工程、填料分散控制和循环载荷下的长期耐久性也仍需深入探索。

该综述的学术价值在于提供了工艺-结构-性能-应用框架的系统分析，将静电纺丝作为压电纳米复合材料设计的核心范式而非辅助制备方法，填补了现有综述未全面综合纳米复合工程在电纺结构中特定作用的空白。文章强调平衡高压电性能与环境可持续性的必要性，为下一代可扩展、耐用且环境友好的压电纳米纤维技术的发展提供了方向性指导。