静电纺丝技术是一种最为便捷的纳米纤维制造方法,可以用于几乎任何高分子溶液、乳液、悬浊液或熔融体系的纺丝,并且可以通过纺丝条件和参数的调节控制制备出具有不同形态结构(实心、串珠、核壳、中空、多孔等)的直径在纳米级到微米级之间的静电纺纤维。这些纤维所具有的极小的直径和极大的比表面积以及由此引起的诸多优异性能使其在过滤、防护服、自清洁、药物缓释、组织工程、光电器件、电池等领域有着极其广泛的潜在应用。但是,由于静电纺丝独特的成型方式也使其较之传统纤维成型存在一些缺陷,从而限制了静电纺纤维的应用：(1)难以制备规则排列的静电纺纳米纤维：由于静电纺纤维的成型与静电纺加工过程中的鞭动不稳定密不可分,所得静电纺纤维产品大多为无纺布形式的纤维无规聚集体；(2)静电成型过程纤维的形态和性能难以调控：纺丝条件的微小差异将导致纤维形态和性能的明显差异；(3)静电纺纤维的力学性能差,实用化受到限制。虽然静电纺纤维经历了非常剧烈的静电拉伸过程,但是其纤维的结晶度,分子链取向都非常低,导致静电纺纤维的力学性能差,根本无法与传统纤维相比。因此针对这些问题,本论文的主要目的就在于探索解决这些问题的方法,并进一步拓展静电纺纤维的应用。本论文主要通过以静电纺超细纤维的聚集体结构、单纤维形态结构以及纤维内大分子链取向态结构的调节与控制为出发点,深入探讨了静电纺纤维各种不同尺度形态结构的形成机理和影响因素。取得了以下创新性研究成果：(1)首次提出了“自集束”静电纺丝方法,通过该加工方法连续制备了具有一维规则化排列的静电纺纤维纱线。并通过对羟基丁酸和羟基戊酸共聚酯(PHBV)、聚丙烯腈(PAN)、聚乳酸(PLLA)和聚间苯二甲酸乙二胺(PMIA)四种聚合物体系的自集束静电纺丝的研究,证明了该方法对大多数高聚物体系的普适性。同时,归纳总结了自集束静电纺丝成型的影响因素及机理,认为由接地金属针尖所诱导形成的汇聚的电场是静电纺纤维自集束现象的主要驱动力,而更高的纺丝溶液电导率有利于纺丝过程中纤维所带正电荷的释放,从而降低了纤维自集束过程中的阻力,提高了纤维自集束与一维规则化的程度。(2)采用模板接收器法制备出具有二维规则化的静电纺纤维毡。并通过对模板接收器的巧妙设计,以直径为0.2mm的针尖排列成不同的图案做为接收器,制备出了具有不同二维规则化图案的静电纺纤维毡。这种纤维的二维规则排列的规律可以总结为：电纺纤维倾向于先沉积在针尖,其次是横跨在最近的两个针尖上,随着针尖间距的增大,纤维横跨其间的数量就越少。而收集时间和纺丝溶液的电导率是影响其规则化程度的两个重要因素。形成这种规则化排列沉积的机理被认为是接收器上针尖对带有反向电荷的纤维的吸引和相互竞争。(3)对PLLA静电纺纤维的微观结构形态控制进行了研究,制备了具有不同形态结构的PLLA静电纺纤维(表皮多孔而中心致密,表皮致密而中心多孔)。首次通过聚合物/溶剂/非溶剂(PLLA/CH2C12/DMF)纺丝溶液体系利用单喷丝孔进行静电纺丝,制备出了具有外层为致密皮层,内层为多孔芯层的静电纺PLLA半中空纤维。并利用聚合物/溶剂/非溶剂三元相分离理论,解释了这种静电纺纤维结构形成的机理。首次观察到因卷绕应力所导致的静电纺纤维的表面多孔结构。认为溶液浓度,溶剂组分以及卷绕拉伸作用力所引起的溶液射流相分离速率的变化是导致这些形态结构的主要原因。(4)利用自集束静电纺丝和后拉伸及热处理的方法,首次获得了可以与相应的传统纺丝纤维力学性能相当的PAN静电纺纤维纱线。在后拉伸倍数为300%时获得了最高的断裂强度为372 MPa,拉伸模量和断裂伸长分别为11.8 GPa和12.0%的PAN静电纺纤维纱线。利用红外二色性和X-射线衍射对处理前后纤维的分子链取向与结晶度进行了表征,发现分子链取向与结晶度的大幅提高是静电纺纤维力学性能大幅度提高的主要原因。(5)首次利用纳米纤维蒸溶法制备具有高通量的静电纺纳米纤维复合超滤膜。该技术的关键在于首先静电纺制备具有双层不同材料的纳米纤维,然后利用溶剂蒸汽溶解其中的一层形成超薄的功能阻隔层。通过这种方法可以制备功能阻隔层厚度小于500nm的纳米纤维复合分离膜,并通过对阻隔层溶胀度的控制来调节分离膜的截留尺寸。所获得的复合分离膜对乳液废水的分离可在较小的操作压力下(0.3MPa)达到较高的过滤通量(210l/m2h)。该方法可操作性和可控性强,且可方便实现制备过程的连续化,具有规模化工业应用前景,进一步开拓了静电纺纳米纤维在过滤领域的应用。