静电纺技术已经成为制取纳米纤维的最直接、最有效的方法之一。生产的纳米纤维具有孔隙结构好、比表面积极高等性质,具有广泛的应用性能,目前在纺织服装、环境保护、生物技术等方面都已得到大量的应用。传统静电纺技术存在着诸多问题,如在纺制粘性较大或近乎绝缘的聚合物熔体或溶液时,难以克服表面张力形成喷射细流；纺丝细度达到极限；喷丝口和接收板之间存在的电场使单纤维的收集困难等。国内外学者对其进行了多方面改进,但收效甚微。气泡静电纺技术降低了静电纺丝对溶液粘度的要求,可以在同一时刻形成大量的纳米纤维,产丝效率高,并且能纺出比传统静电纺更细的纤维。第一章回顾了纳米纤维的发展历程和现状,介绍了纳米材料的性能和应用及纳米纤维的制备技术,提出了传统静电纺的装置与工艺,并指出其不足。为了克服传统静电纺技术的不足,本文引入了气泡静电纺,同时介绍了气泡静电纺最新装置与研究进展。章末提出本课题研究内容及意义。第二章对气泡静电纺的原理进行详细阐述。从气泡静电纺装置与方法出发,论述了气泡静电纺的特征,指出了导致多气泡静电纺不能纺丝的缺陷。在此基础上描述了从气泡生成、泰勒锥形成,到射流射出、拉伸和溶剂挥发,直至纤维固化、沉积到接收极板的整个静电纺过程。在对单气泡静电纺系统中的静电荷分布特点进行分析的基础上,利用电动力学的电像法对静电纺空间的静电场分布进行了定量分析,给出了静电场分布的解析表达式,同时说明了静电场分布的极端不均匀性。指出了射流中电流的存在和组成,分析了电流激发的磁场和射流间存在的磁场力,成功解释了射流在静电纺空间中作不稳定运动(“鞭动”)的原因,并说明了这种不稳定运动在射流形成纳米纤维过程中的积极作用。第三章在详细描述气泡的破裂过程,揭示气泡破解产丝原理的基础上,考虑热场、电场、磁场、振动场和空气场的耦合作用,用修正的N-S方程来控制热和电场、磁场、振动力作用对射流的影响,利用连续性方程来描述射流的不稳定性,最终论证得到多场耦合的振动静电纺丝模型。该模型突出的反映了振动静电纺丝过程行为的特点,充分考虑了振动过程中电、热对流体的作用效应。最后利用该模型提出了纺丝工艺参数的优化方法。第四章设计了不同的纺丝实验,分析了纺丝工艺参数(外加电极、接收距离)和纺丝环境对纤维形态的影响。得到以下结论：在纳米纤维能够生成的范围内,纤维直径随着聚合物溶液质量分数的增加而增大,符合正向关系；随着纺丝电压的增大,纤维的直径也随之增大,经非线性拟合后基本符合；在纤维形态结构方面,随着电压的增大所得纤维表面“凹坑”数量减少；纤维直径随着收集距离的增大逐渐减小,近似符合；当接收距离大于12cm时,纤维直径分布不再符合正态分布；在PVP纳米纤维的制备过程中,湿度超过60%的情况下就无法制得正常形态的纤维；在PAN纳米纤维的制备过程中,湿度在65%以下时,会得到形状良好的纤维；湿度在72%以上时,纤维在从产生到接收的过程中由于未来得及干燥,因此新产生的纤维就会重叠在原来的纤维上,使得接收板上的白点增多,从而影响收集纤维毡外观。第五章对影响气泡静电纺纤维形态的溶液性质进行研究,通过实验设计分析了溶液表面张力、粘度、电导、浓度、添加剂、溶液成分与纤维直径之间的关系。得到以下结果：表面张力和纤维直径之间存在正相关；随着溶液粘度的增加,射流的稳定性增加,珠状纤维将大大减少,且在高浓度溶液中易形成纤维；纤维直径随着电导率的增加而降低；溶液浓度过高或过低都不利于纺丝的进行,可纺范围在9%，17%,纤维直径随着溶液质量分数的增大而增大；不同的添加剂、溶质溶剂质量比对纤维的形成影响各不相同。本文研究了气泡静电纺系统静电场分布,分析了射流中电流的存在和组成,揭示射流在静电纺空间中作不稳定运动的原因；论述了传统静电纺丝力学模型,提出一种新型的气泡静电纺力学模型,并优化纺丝工艺参数；利用提出的模型,探讨不同纺丝环境(装置参数与溶液性质)对纤维形态的影响。