摘要
✦为促进静电纺纳米纤维在空气过滤领域中的应用，开发性能更加优异的新型纳米纤维空气过滤膜。以近年来国内外静电纺丝技术制备多级结构纳米空气过滤材料的相关研究为基础，综述了静电纺制备具有微纳米凸起、纳米蛛网、层层复合、多孔、刺状、树枝状及核壳等结构空气过滤材料的最新研究进展。
✦多级结构可有效实现过滤材料高效率、低阻力、高强度、阻燃等的功能化，相较于传统的纳米纤维过滤材料具有更好的应用前景。
微纳米凸起结构
◆静电纺纳米纤维膜以其高过滤精度受到研究者 的广泛关注，但纳米纤维的致密堆积导致其过滤阻力普遍较高。
◆通过在纳米纤维表面构造微纳米凸起结构可有效增大纳米纤维 间的距离，调控纳米纤维的堆积密度，使空气流在纤维表面的滑移效应增强，并增大空气中颗粒物与纤 维碰撞几率，进而实现过滤材料的高效低阻化。
◆目前，具有凸起结构多级空气过滤材料的制备方法主要有粒子共混法和纺丝液浓度调节法。
▲微纳米凸起结构SEM图
◆粒子共混法是将无机或有机的微纳米粒子加入纺丝液中，使成型后的纳米纤维表面形成颗粒状的凸起。
◆纺丝液浓度调节法是通过适当降低纺丝液的浓度或黏度，以破坏高聚物射流在高压静电场中的黏弹力、表面张力和静电斥力间的平衡，进而引起射流的不稳定性运动形成珠状凸起物，凸起物的尺寸和分布密度可通过调节纺丝液浓度和优化工艺参数实现。
纳米蜘网结构
★当纳米纤维的直径降低至50nm以下时，可使过滤材料对细微颗粒物的吸附能力即范德华力大幅提高。并使气流在单纤维表面的滑移效应进一步增强。具有纳米纤维/纳米蛛网多级结构过滤材料的制备是通过选用特定的聚合物，在恰当的纺丝液性质( 如电导率、表面张力等) 下，辅以一定的工艺条件如纺丝液流量、纺丝电压、温度和湿度等形成。
▲纳米蜘网结构SEM图
层层复合结构
❖通过将具有不同结构的静电纺纳米纤维膜或纳米纤维膜与其他材料之间逐层叠加是制备具有多级结构复合过滤材料的一种重要方法，其具有灵活性 高、工艺简单、易实施等优点，且多层复合结构可降低过滤材料的纤维堆积密度，在提高过滤效率的同时大幅降低过滤阻力。
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多孔结构
✦多孔结构过滤材料是指纤维表面和内部具有孔洞的过滤材料，该种结构可进一步强化纳米纤维膜的高比表面积、高孔隙率、高吸附等特性。在提高静电纺纳米纤维膜过滤效率的同时降低过滤阻力。
✦目前，按照成孔方式的不同，静电纺制备具有多孔结构复合膜的方法可分为纤维自发成孔和后处理成孔2种。
✦纤维自发成孔是通过采用高挥发性的溶剂，促使聚合物射流在静电纺丝过程中发生相分离和“呼吸图案”效应形成多孔结构。
✦后处理成孔是指在纺丝液中加入无机盐、纳米粒子或另外一种性能不同的聚合物，通过对纺丝成型的纳米纤维膜进行洗涤、热处理、化学溶解等方式去除一种组分从而形成多孔结构。
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刺状结构
✦刺状结构复合膜一般采用原位生长法获得，利用静电纺纳米纤维膜的本身性质或外部条件如高温 高压等，通过化学气相沉积、煅烧、催化引发、浸渍等方式，使纳米纤维表面形成活性位点，然后以此为 “核”原位生长另一超细纳米纤维，这是近年来诞生的一种制备多级结构复合过滤材料的重要方法。
▲刺状结构SEM图
树枝状结构
★聚合物射流在高压静电场中高速运动时存在射流劈裂的现象，即从喷丝孔喷射出的射流经过一短距离的稳定运动后产生分支射流并向不同方向拓展。射流劈裂的发生程度与纺丝液性质(如黏度、浓度等)及纺丝工艺参数(如射流直径、纺丝电压等) 等条件有关。
▲ 树枝状结构
核壳结构
★核壳结构的过滤材料是指纳米纤维的核层和壳层分别富集不同成分的一类材料，该结构可弥补单一材料的固有缺陷，使核与壳的功能实现复合和互补。
★目前，静电纺丝制备具有核壳结构材料的方法主要有2种: 单喷头相分离法和同轴静电纺丝法。
应用前景
✦静电纺多级结构纳米纤维膜可有效赋予过滤材料的高效低阻、高强度、阻燃等性能优势，克服传统纳米纤维过滤材料阻力高、容尘量偏低等固有缺陷，其在空气过滤领域表现出广阔的应用前景。
✦目前仍存在许多问题亟待研究和解决，主要表现在以下几个方面: ①现有多级结构纳米过滤材料的制备多局限于溶剂法，可尝试研究熔体法替代的可行性，实现生产过程的绿色化; ②每一种多级结构纳米纤维过滤材料都存在或多或少的不足，缺乏双重甚至多重多级结构过滤材料的研究，如同时具有凸起和纳米蛛网结构，同时具有核壳和树枝状结构等; ③目前的研究尚集中在实验室小试阶段，缺少工程化放大和示范应用的报道。