精电纺丝，更广为人知的名称是静电纺丝，是目前制备纳米级纤维最重要的技术手段之一。它并非简单的机械拉伸，而是一套由电场主导、流体动力学与静电力学深度耦合的成型体系。理解其纤维成型技术，关键在于拆解“液滴如何被电场撕裂”与“射流如何被控制驯服”这两个核心过程。

一、 成型起点：泰勒锥与射流的激发

精电纺丝的纤维成型始于溶液或熔体在喷嘴末端的特殊形变。在无电场状态下，聚合物溶液因表面张力悬于喷嘴口，呈半球形液滴。当高压电源接通，电场在喷嘴与收集器之间建立，电荷迅速注入液滴表面。

随着电场强度提升，液滴表面的静电斥力与外部电场对其施加的法向拉力逐渐对抗表面张力。这一力学平衡的演变导致液滴从球状被拉长为锥状。当电压达到临界值，该锥体顶角稳定在49.3°——即流体静电学中经典的“泰勒锥”。泰勒锥的形成是电纺丝成型的“发令枪”：当电场力精确克服表面张力的瞬间，带电射流从锥尖喷射而出，纤维成型过程正式启动。

二、 成型核心：射流的鞭动不稳定性与细化成纤

射流离开泰勒锥后，其运动轨迹与尺寸演变是决定纤维最终直径和形态的关键。早期研究曾误认为射流是通过多次“分丝”变细，但系统性的实验观察修正了这一认知。

现代研究证实，射流细化主要依赖鞭动不稳定性。在初始阶段，射流沿直线运行一小段距离；随后，由于电荷间的强排斥作用与流体扰动，射流进入非轴对称的螺旋摆动阶段。这种摆动频率极高、轨迹呈不断扩大的锥形环圈。正是这种剧烈的三维“鞭动”拉伸了射流——其路径长度被极大延长，溶剂在此过程中迅速挥发，射流直径从初始的百微米级骤降至百纳米级，最终固化成超细纤维沉积于收集器。
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学术文献将这一完整旅程划分为四个功能区段：喷嘴处的荷电表面区、直线射流段、鞭动不稳定性发生段（即成型核心区）以及最终收集段。

三、 成型控制：从“随机堆积”到“有序组装”

传统电纺丝面临的核心瓶颈是纤维沉积的随机性。鞭动不稳定性虽然有助于细化，却也使纤维像“凌乱的面条”般无序堆积。近年来成型技术的重大突破，在于从被动接受混乱转向主动干预排列。

研究发现，纤维的最终落点并非完全随机，而是受库仑引力的精确调控：带电纤维接近收集器时，会在收集器表面诱导出异性电荷，二者之间的吸引力直接影响纤维的落位。基于此原理开发的可控电纺丝技术，通过对收集模板进行图案化设计（如使用导电/绝缘异质模板），人为制造电场分布的强弱梯度。带电纤维在飞行末端会主动趋向电场强度最高的区域（即导电图案边缘）沉积，从而实现纤维的定向引导。

利用这一手段，研究者已成功将纳米纤维“织”出斜纹、圆环乃至中国结等微米级规则图案。这标志着纤维成型技术从仅控制“粗细”跃升至同时控制“排布”。

四、 成型变量的协同作用图谱

纤维成型质量是材料参数、工艺参数与环境参数协同作用的结果，而非单一变量的线性决定。

溶液特性层：浓度需超过缠结浓度阈值（如PNIPAAm需>14wt%，PLA需>19wt%）才能获得均匀无串珠纤维。溶剂配比直接影响黏度与电导率：研究表明，乙醇占比0~50%时溶液黏度上升，超过50%后黏度下降，但挥发加快可减少珠状缺陷。

工艺参数层：电场强度与供液速率构成核心操作图谱。同一聚合物在不同（电场-流量）坐标下，可能呈现稳定射流、 pulsing或滴落等截然不同的成型状态。电流值则是衡量射流荷电密度的关键中介指标。

环境控制层：温度与湿度的精密调控正从实验室“加分项”变为工业级生产的“必选项”，以确保批次间纤维直径的公差收窄。

五、 成型技术的延伸：同轴与无针化

在传统单轴成型基础上，纤维成型技术已衍生出功能化变体。同轴电纺通过配置内外管独立供液系统，成功制备出芯鞘型截面纤维（如PNIPAAm为芯、PLA为壳），为载药缓释、相变储能等应用提供了结构基础。

面向产业化，传统单喷头成型效率仅0.1~1g/h，难以满足需求。无针电纺技术（如纳米蜘蛛）取消了毛细喷头，转而使用旋转圆筒从溶液槽中蘸取液膜，在电场作用下于圆筒表面自发形成数以万计的泰勒锥射流群，将产率提升至1~5g/min，并使宽幅米级无纺布的连续成型成为现实。

结语

精电纺丝的纤维成型技术，本质上是利用电场对粘弹性流体实施“时空精确调控”的艺术。从百年前泰勒锥的几何发现，到今日对鞭动路径的仿真模拟，再到通过电场整形让纤维“听话”地排队集合，这一技术的演进始终围绕同一个命题：如何让无形的力，塑造出有形的尺度。随着多场耦合模拟技术的成熟与宏量化装备的突破，电纺成型正在从“制取纤维”走向“设计纤维”。