文章简介
作为一种传统纺织业技术，静电植绒因其简单易行地构造垂直阵列结构的卓越优势，近年来逐渐被用于多种功能性应用，例如柔性传感、太阳能海水淡化、组织工程、辐射降温、3D电极和热管理材料等。然而，但目前关于静电植绒的深入、全面的综述寥寥无几。本文首先详细介绍了该技术的基本原理，接着归纳了其优势和应用，最后这对静电植绒技术面临的挑战及未来的发展方向进行了深入思考和总结。
该综述以“Electrostatic Flocking: Reborn to Embrace Multi-functional Applications”为题，发表在Small Structures上。苏州大学沈萌为第一作者，苏州大学程丝教授、秦传香副教授和阿尔托大学张航研究员为共同通讯作者。
图文导读
该综述共包括五个章节：第一章为背景介绍，第二章为静电植绒原理介绍，第三章为静电植绒的优势，第四章为静电植绒的应用，第五章为结论与展望。
第一章介绍了静电植绒的背景。静电植绒技术起源于公元前1000年的中国，早期通过人力或重力沉降将短纤维附着于基材，但纤维取向无序。现代技术利用电场实现静电植绒精准控制。该技术广泛应用于汽车内饰、纺织装饰等领域。2010年后，静电植绒技术研究从装饰性应用转向功能性创新，近年来逐渐被用于多种功能性应用，值得进一步的关注。
第二章中，从静电植绒的组成与机理解析静电植绒原理。
静电植绒的组成：由植绒纤维、粘附剂、基底组成。
静电植绒的机理：纤维在高压电源正极充电，在高压电场力的作用下沿着电场线向负极方向的基底材料垂直移动，最终被涂覆在基底材料上的粘附层粘住，在基底上形成垂直纤维阵列结构。共有三种植绒方式：上升法（图1a）、下降法（图1b）、侧向法（图1c）。其中，上升法与下降法较为常见；侧向法主要用于模型、沙盘的制作中。
图1 静电植绒的原理
第三章介绍了静电植绒的6点优势（图2）：（1）增强微小力响应的检测灵敏度，（2）多孔结构和大比表面积，（3）提高内部反射和整体吸收，（4）改善表面粗糙度，（5）实现各向异性表面，（6）提升机械性能。上述优势（1）、（2）、（3）、（4）源于植绒纤维的高长径比，而优势（5）和（6）源于定向静电植绒表面。
（1）增强微小力响应的检测灵敏度：使得纤维即使受到微小力的作用也能产生显著的角度偏转，就像蜘蛛的感觉毛一样。
（2） 多孔结构和大比表面积：由无数细纤维垂直排列在基材表面形成特殊结构，静电植绒形成的天鹅绒表面克服了二维材料在比表面积方面的局限。
（3）提高内部反射和整体吸收：垂直排列有助于入射光在其中发生多次内部反射，从而增强光捕获效应，促进能量吸收。
（4）改善表面粗糙度：表面的短纤维形成不平整的绒毛状纹理，增加了无纤维区域的粗糙度。
（5） 实现各向异性表面：静电植绒结构的定向表面提供了有针对性地改善电学、热学和润湿特性的机会。
（6）提升机械性能：直接将植绒层植在基材表面，带来出色的支撑效果；或将植绒表面浸入基材中，形成复合材料，从而增强原始凝胶材料的机械性能。
图2 静电植绒的优势总结
第四章介绍了静电植绒的多种功能性应用（图3-7）。利用静电植绒的多方面优势，该技术最近被应用于多种功能领域，包括但不限于传感器、组织工程支架、航运中的阻力减少、太阳能驱动的水蒸发器、3D电极、热管理用热界面材料。
（1）传感器：可用于制备气流、压力、自供电传感器。
（2）组织工程支架：既具有一定的孔隙率，也具有一定的机械强度。
（3）航运减阻：展现出显著的超疏水性和优异的空气保持性能。
（4）太阳能驱动的水蒸发器：通过光热转换增强热量捕获，并减少热量损失，从而提高蒸发效率。
（5）3D电极：运用高孔隙率、定向导电性、表面粗糙优势。
（6）热管理用热界面材料：可生产出高导热性和低填料含量的热界面材料。
（7）其他：船底贻贝清理、仿生吸盘、重油清理、空心环氧大分子球、微藻培养、辐射制冷。
图3 静电植绒在传感器中的应用
图4 静电植绒在组织工程支架上的应用
图5 静电植绒在航运减阻与太阳能驱动的水蒸发器的应用
图6 静电植绒在3D电极上的应用
图7 静电植绒在热管理用热界面材料与其他材料上的应用
第五章介绍了静电植绒的技术挑战与未来方向。
技术挑战：
（1）纤维的粘附性很大程度上依赖于施加在基材上的粘合剂。
（2）静电纺丝纤维的垂直排列精度和空间均匀性仍逊色于其他制造技术，如3D打印。
未来方向：
（1）植绒新材料：其他功能性纤维，例如光/热响应纤维材料或金属纳米棒，也可以通过静电植绒形成阵列结构，达成新型应用。
（2）植绒新结构：曲面植绒，图案化植绒，共轭结构等。
（3）植绒新应用：仿生和其他功能性应用，如仿蒲公英微飞行器、仿蝴蝶翅膀结构色、仿小肠微绒毛细胞传感器。
图8 静电植绒的未来前景
论文链接： https://doi.org/10.1002/sstr.202500143
