纳米纤维膜在当今生产生活中应用广泛,例如水净化领域、防腐密封领域和吸附领域等。静电纺丝是当今制备纳米纤维膜的有效手段。全球市场已有不少的静电纺丝设备供应与制造商,但中国国内的市场还远未饱和。国内外供应商提供的静电纺丝设备在中低档价格段选择较少。本文设计了一款中低档成本的静电纺丝设备,该设备能满足实验室级别的静电纺丝科研需求和小批量的纺丝生产。本文中的设备介绍主要分为机械设计、电路设计和程序设计三大部分。机械设计包括主要运动模块和机箱等的设计。电路设计包括各电子元器件的选型,主控板的选型与电路板绘制,电路布线和机箱热仿真等。程序设计部分介绍了本设备控制程序的主要代码。随后,利用本文设计的设备制备了聚偏氟乙烯三氟乙烯(P(VDF-TrFE))掺杂锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷复合材料的纳米纤维膜。最后,研究了掺杂了不同质量分数的锆钛酸铅压电陶瓷的纳米纤维膜的形貌特征、拉伸力学性能、介电特性和压电特性。结果表明,本文设计的静电纺丝设备能有效制备具有良好效用的复合材料纳米纤维膜。PZT质量分数为4%的纳米纤维膜的形貌质量最好。静电纺丝制备的纳米纤维直径会随着纺丝溶液导电性的增大而减小。增大PZT质量分数可提高纺丝溶液导电性,但过高的PZT质量分数会导致纳米纤维中出现分布不均匀的PZT粉末颗粒。在拉伸力学性能测试中,PZT质量分数4%的纳米纤维膜表现最佳。随着PZT质量分数的增加,纺丝溶液内部的电荷密度会增加,溶液导电性会提高,制备的纳米纤维丝直径更小,直径一致性更高,纳米纤维膜表现出了更好的拉伸力学性能。PZT质量分数继续增加,纳米纤维膜的拉伸强度和断裂伸长率反而下降。原因是掺杂了过高质量分数PZT粉末,纳米纤维内部出现大量分布不均匀的PZT粉末颗粒,致使其直径一致性下降,且纳米纤维膜变硬变脆。制备的纳米纤维膜介电常数随着PZT质量分数的增加先上升后下降。PZT质量分数为从0上升为2%的时候,纳米纤维膜的介电常数有一个小小的跃升,其原因推测可能有两个。其一,在PZT与P(VDF-TrFE)之间发生了界面极化;其二,单纯由于具有高介电常数PZT的加入提升了复合材料纳米纤维膜的介电常数。PZT质量分数继续增加时,纳米纤维膜的介电常数反而有所下降。原因是PZT质量分数的上升使得纳米纤维的硬度上升,使其可承受更大的重量,加大了纳米纤维膜内部的空隙,造成空气含量增加,从而拉低了纳米纤维膜的介电常数。XRD扫描的结果显示,本设备制备的P(VDF-TrFE)掺杂PZT的纳米纤维具有β相的特征波峰,可表现出压电效应。但其特征波峰强度在PZT质量分数为0时最大,到4%后变得不明显,同时PZT的特征波峰开始急剧增大。