新型陶瓷材料以其独特的结构和功能特性引起了科研工作者的广泛关注,被认为是继金属材料、高分子材料后最具发展潜力的功能材料之一。基于陶瓷材料的功能特性,提高陶瓷材料强度、增大陶瓷材料韧性,开发兼具陶瓷特性且轻质的陶瓷纤维材料,不但可满足其在机械、化工、电子等工业领域的应用,而且其在航空航天等军事领域也表现出了巨大的应用潜力。我国陶瓷纤维材料行业目前处于设备陈旧、企业生产能力低、纤维产品稳定性差的发展阶段,同时由于生产周期长易在加工过程产生大量粉尘污染,现有的行业现状和技术水平难以保证陶瓷纤维的成型工艺与技术得到快速稳定的发展与提升。纳米技术作为一种新型的技术产业,将其引入材料领域可通过产生纳米尺寸的效应而显著提升材料的性能。从陶瓷纤维微观结构角度出发,将陶瓷纤维直径降低至纳米数量级将有望显著提升陶瓷纤维材料的性能,实现高性能、高附加值陶瓷纤维材料的开发与发展,从而有效的改善现有的陶瓷纤维行业现状。静电纺丝法制备无机纳米纤维材料的过程涉及溶胶-凝胶、聚合物前驱体转化以及等多个无机纤维的制备方法,现已成为制备无机纳米纤维材料的重要方法之一。在众多无机纳米纤维中,氧化物纳米纤维以其制备工艺简单、应用领域广泛等优势成为主要的研究对象,然而现有静电纺陶瓷氧化物纳米纤维膜材料普遍存在的脆性及强度远未达到实际应用要求,因此开发柔性的氧化物纳米纤维膜材料,揭示其柔性机理及影响因素,对扩大柔性氧化物纳米纤维膜种类具有重要意义。二氧化锆（ZrO₂）以其独特的耐高温和低导热系数的特性,被广泛用作高温隔热等领域。目前常用的ZrO₂陶瓷纳米材料以纳米粉体为主,其普遍存在的颗粒污染且强度低等缺陷限制了其在环境、工业、军工以及国防等领域的应用。本课题针对目前静电纺晶态氧化物纳米纤维膜面临的脆性、应用领域受限等难题,选取具有典型晶体结构特性的ZrO₂基陶瓷纳米纤维作为研究对象,对其纤维成型过程中涉及的锆源种类及含量、聚合物种类、分子量及含量、稳定剂种类及含量、煅烧温度等因素对纤维形貌、晶体结构及孔隙结构、纤维膜柔性及力学性能的影响展开系统研究,成功揭示了柔性ZrO₂基纳米纤维形变机制,并实现了其在高温隔热、高温过滤、腐蚀性液体过滤、红外隐身方面的应用。所取得的主要研究成果总结如下:（1）以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为聚合物、乙酸锆为锆源,通过调节氧化钇（Y₂O₃）与ZrO₂之间的摩尔百分含量制备了一系列Y₂O₃稳定ZrO₂（YSZ）纳米纤维膜。YSZ纳米纤维膜在纤维内部晶粒尺寸小于26nm和孔尺寸小于13nm时出现了从脆到柔再到脆的奇特现象,通过研究发现对于ZrO₂基纳米纤维膜同样存在着Hall-Ptech和Inverse Hall-Ptech关系式,其分别对应纤维膜弯曲的晶粒内和晶粒间的变形机制,并首次从宏观氧化物纳米纤维膜的纤维滑移、纤维弯曲过程到微观的晶粒活动、位错运动对ZrO₂基纳米纤维膜的柔性弯曲过程进行了整体的分析。这为开发并设计新型柔性多晶无机纳米纤维膜、研究其弯曲变形行为,并为实现其在高温隔热、高温过滤、腐蚀性液体过滤以及红外隐身等方面的应用奠定了基础。（2）以乙酸锆为锆源、Y₂O₃为稳定剂,通过调节聚合物模板种类及分子量实现了对纤维形貌、晶体结构的有效调控。通过对含有不同聚合物模板前驱体纤维的热重分析过程的研究可以发现聚合物分子量、侧链基团种类以及主链含碳量对ZrO₂基纤维膜晶粒尺寸的影响作用。同样,Inverse Hall-Ptech关系式也同样适用于该体系中纤维内部晶粒尺寸与纤维膜力学性能的关系,其中晶粒尺寸为23.8nm的纳米纤维膜的拉伸强度最大,可达4.82MPa,同时首次利用电子背散射衍射技术对ZrO₂基纳米多晶单纤维内部的分段取向行为进行了分析,揭示了ZrO₂基纳米纤维在高温煅烧成型过程中邻近纤维相互影响对纤维膜力学性能的作用。并最终制得了25°C和1000°C导热系数分别为0.008W/m·K和0.023W/m·K的柔性ZrO₂基纳米纤维高温隔热膜,其有望作为柔性隔热材料应用于高温隔热领域。（3）常用的耐温过滤材料有东丽公司的聚苯硫醚纤维、杜邦公司的聚四氟乙烯纤维等和Al₂O₃/SiO₂氧化物复合纤维等,这些纤维存在的耐温低、直径粗等使其无法有效拦截直径小于2.5μm烟尘颗粒,因而开发耐高温的纳米纤维膜材料、从工业源头减少PM2.5颗粒的排放具有重要的意义。以PVP为聚合物模板、乙酸锆为锆源,通过调节ZrO₂前驱体溶液中聚合物PVP的含量有效调控了纤维形貌及其晶体结构,并成功实现了对ZrO₂基纳米纤维膜从脆性到柔性（拉伸强度:5.04MPa）的有效调控。通过对不同前驱体纤维热重过程的研究,揭示了从乙酸锆到ZrO₂的转化过程和聚合物含量以及分解过程对纤维膜晶粒尺寸的影响作用。通过对ZrO₂基纳米纤维膜力学性能的分析发现,纤维直径、纤维形貌以及纤维膜的疏密程度共同影响了纤维膜的柔性和拉伸强度等力学参数。同时Inverse Hall-Ptech关系式也同样适用于该体系,其主要由纤维膜的带状纤维引起,最终成功制得了耐温1200°C、可经受400次弯曲测试的柔性ZrO₂基纳米纤维过滤膜,其对粒径为300nm⁵00nm的Na Cl颗粒的过滤效率可达99.996%,有望将其作为高温过滤材料应用于冶金、钢铁、电力、焚烧、水泥等工业领域。（4）目前的水过滤膜材料主要为聚乙烯、聚丙烯等,其不耐强碱性溶液的缺陷难以实现对含有强碱性溶液废液的有效的过滤。以氧氯化锆为锆源、Y₂O₃为掺杂剂,通过调节煅烧的最高温度和PVP含量制备了不同的ZrO₂基纳米纤维膜,发现纤维微观晶体结构的可显著影响纤维膜的力学性能。借助上海光源同步辐射X射线小角散射技术对纤维内部微观结构进行表征,并结合Fit2D软件和Guinier方程对纤维内部回转半径进行计算,发现了回转半径越小则纤维微缺陷越少、纤维膜的柔性越好,因此降低纤维内部微缺陷结构可显著提升材料的力学性能。并最终获得了可耐强酸（1mol/L HCl）、强碱（1mol/L NaOH）腐蚀的柔性ZrO₂基纳米纤维微滤膜,其对50nm的ZrO₂纳米颗粒的过滤效率可达99.9%,有望将其作为微滤膜应用于工业废液及核废料等特殊液体过滤领域。（5）常用的红外隐身材料多以涂层为主,存在无法长期使用、易脱落的问题,开发新型的柔性可直接覆盖型红外隐身材料有望实现其在武器装备领域的特效应用。通过调节前驱体溶液中稳定元素种类（Na、Mg、Al）及含量制备了一系列柔性和脆性的ZrM_xO_y纳米纤维膜材料,通过调节掺杂元素化合价从正一价到正三价、元素含量从1mol%到20mol%有效调控了纤维形貌、晶体结构及纤维膜孔结构,同时典型的Hall-Ptech关系式也同样适用于ZrM_xO_y纳米纤维膜体系,其中晶粒尺寸为22.8nm的纳米纤维的柔软度为23m N,并利用补偿方程并结合固溶体密度计算对比对纤维膜内部孔隙结构进行系统分析,获得了柔性Al₂O₃稳定的ZrO₂纳米纤维膜,其在3μm⁵μm和8μm¹4μm波段的红外发射率分别为0.589和0.703,有望将其作为红外隐身材料应用于人员、航天器、导弹、卫星等领域。