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随着当前工业生产、交通运输和航空航天等行业的快速发展，由此产生的环境噪声问题日趋严重，使得噪声污染成为了当今世界三大环境污染问题之一。长期遭受噪声影响将导致失眠、头痛、暴躁、心脏疾病等，严重影响人们的工作效率与身体健康。噪声污染防治可通过源头处理与传播途中处理，其中源头控制通常依靠政策规划、产业结构调整等宏观调控措施来实现，是一个长期复杂的过程，而面对当前紧迫的噪声污染形势，对既有噪声进行高效的阻隔和吸收变得尤为重要。纤维吸声材料因具有吸声频段宽、结构设计性强以及易装卸等特点，在建筑以及交通工具等领域的噪声处理中得到了广泛的应用。然而目前的纤维吸声材料多由直径较粗的纤维组成，吸声性能的提升主要依靠增大材料厚度来达到，使得材料的总体重量增加，难以同时满足飞机、火车、汽车等应用场合中对高效降噪与材料轻量化的需求。
微纳米纤维集合体材料具有纤维直径小、比表面积大、孔道曲折度大等优点，可在不增加材料重量的情况下有效提升吸声性能。在众多制备微纳米纤维的方法中，静电纺丝技术因具有技术成熟度相对较高、制备过程连续性好、可纺材料范围广、结构可调性强等优点，在轻质高效纤维吸声材料的研究方面表现出巨大的应用潜力。然而静电纺丝法制备的纤维多以致密的纤维膜的形式存在，其厚度一般小于100μm，使其在吸声领域的应用受限；而目前所报道的静电纺纤维三维材料结构稳定性差且制备过程复杂，限制了其实际应用。因此，开展具有稳定三维结构的静电纺纤维吸声材料可控制备的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文针对静电纺纳米纤维吸声材料面临的瓶颈问题，研究了静电纺纤维三维集合体结构的设计方法，通过在纤维间构造稳定搭接点实现了静电纺纤维三维蓬松结构的稳定性构建，并在此过程中引入合理微结构对材料的结构稳定性与吸声性能进行优化，最终实现了轻质高效纤维吸声材料的可控制备。具体工作总结如下：
（1）通过纺丝过程中湿度调控及后处理过程中微结构的设计，制备出了具有多层瓦楞状结构的蓬松静电纺纤维吸声材料。研究了纺丝环境湿度对静电纺纤维集合体形态的影响规律，发现湿度的增加会对纺丝溶液的稳定性造成影响，从而影响所制备纤维的形貌及其聚集体的蓬松度。在此基础上，通过在纤维搭接处构造黏连点以及设计构建纤维层间微结构的方法对纤维集合体的力学稳定性进行增强，研究了粘结剂参数对纤维集合体材料结构形态的影响规律，以此为指导制备了力学性能优异的静电纺纤维海绵。所制备的静电纺纤维海绵在经历100次循环压缩后塑性形变为11%，其在经受重物压缩变形而后不发生破裂。此外，具有稳定蓬松堆积结构的静电纺纤维海绵具有良好的低频段吸声性能，且其体积密度仅为6.63mg cm-3，表现出轻质高效特性。
（2）采用纤维分散重构技术，在聚丙烯腈（PAN）静电纺纳米纤维框架中插入纤维素纳米晶（CNC）网络，设计制备出了具有多级结构的静电纺纳米纤维气凝胶。分析了纤维分散重构过程中纤维多级结构的成型原理，探究了CNC的加入对纤维气凝胶结构参数的影响规律，以此为依据制备了体积密度在5.03-11.05mg cm-3之间可调的多级结构纳米纤维气凝胶。所制备的多级结构纳米纤维气凝胶具有良好的耐压缩性能，在经受外力压缩时具有良好的结构回弹性，可保障其使用过程中的基本力学要求。在上述基础上，进一步研究了材料内部微结构对其吸声性能的影响规律，最终制备的多级结构纳米纤维气凝胶实现了低频段吸声性能的提升，其降噪系数（NRC）可达0.58，表现出良好的实用性能。
（3）通过向纳米纤维网络中引入微米纤维框架，制备出了具有双重网络框架结构的微/纳米纤维气凝胶。研究了分散液黏度对微/纳米纤维分散性能的影响规律，以此为指导制备出了均匀分散的微/纳米纤维分散液，并通过后续冷冻干燥过程构建了体积密度在3.46-10.76mg cm-3范围内可控，厚度在5-30mm之间可调的微/纳米纤维气凝胶。分析了纤维气凝胶发生形变时的受力情况，对材料的断裂及失效过程进行了研究，以此对微/纳米纤维气凝胶的结构设计进行指导。所设计的双网络结构实现了对所受应力的有效分散，使得材料表现出较好的耐压、耐拉及耐弯折性能。所制备的纤维气凝胶可经受相当于其自身质量约2000倍的砝码的压缩而不破裂，且其在撤去砝码后可实现结构回弹，材料的瞬间回弹速率可达834mm s-1。同时，材料克服了传统静电纺纤维气凝胶耐拉伸及耐弯折性差的瓶颈问题，其拉伸强度可增强至单纯纳静电纺米纤维气凝的三倍，且在经历100次往复式弯折之后仍能保持结构完整。最终制备的厚度为30mm，体积密度为9.02mg cm-3的微/纳米纤维气凝胶的降噪系数可达0.53，表现出轻质高效特性。
（4）以柔性陶瓷静电纺纳米纤维为构筑基元并在其分散重构过程中引入氮化硼片层，最终通过冷冻干燥法设计制备出了具有多级结构的柔性陶瓷纳米纤维气凝胶。得益于所选材料的稳定性，所制备的纤维气凝胶具有优异的耐火及阻燃性能。同时，所制备的体积密度为13.29mg cm-3的陶瓷纤维气凝胶的降噪系数可达0.59。此外，与传统的无机气凝胶易脆的特点不同，所制备的陶瓷纳米纤维气凝胶经受外力作用时无破裂产生且在外力去除后其可实现形状回弹，表明其良好的实用性能。
微纳米纤维集合体材料具有纤维直径小、比表面积大、孔道曲折度大等优点，可在不增加材料重量的情况下有效提升吸声性能。在众多制备微纳米纤维的方法中，静电纺丝技术因具有技术成熟度相对较高、制备过程连续性好、可纺材料范围广、结构可调性强等优点，在轻质高效纤维吸声材料的研究方面表现出巨大的应用潜力。然而静电纺丝法制备的纤维多以致密的纤维膜的形式存在，其厚度一般小于100μm，使其在吸声领域的应用受限；而目前所报道的静电纺纤维三维材料结构稳定性差且制备过程复杂，限制了其实际应用。因此，开展具有稳定三维结构的静电纺纤维吸声材料可控制备的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文针对静电纺纳米纤维吸声材料面临的瓶颈问题，研究了静电纺纤维三维集合体结构的设计方法，通过在纤维间构造稳定搭接点实现了静电纺纤维三维蓬松结构的稳定性构建，并在此过程中引入合理微结构对材料的结构稳定性与吸声性能进行优化，最终实现了轻质高效纤维吸声材料的可控制备。具体工作总结如下：
（1）通过纺丝过程中湿度调控及后处理过程中微结构的设计，制备出了具有多层瓦楞状结构的蓬松静电纺纤维吸声材料。研究了纺丝环境湿度对静电纺纤维集合体形态的影响规律，发现湿度的增加会对纺丝溶液的稳定性造成影响，从而影响所制备纤维的形貌及其聚集体的蓬松度。在此基础上，通过在纤维搭接处构造黏连点以及设计构建纤维层间微结构的方法对纤维集合体的力学稳定性进行增强，研究了粘结剂参数对纤维集合体材料结构形态的影响规律，以此为指导制备了力学性能优异的静电纺纤维海绵。所制备的静电纺纤维海绵在经历100次循环压缩后塑性形变为11%，其在经受重物压缩变形而后不发生破裂。此外，具有稳定蓬松堆积结构的静电纺纤维海绵具有良好的低频段吸声性能，且其体积密度仅为6.63mg cm-3，表现出轻质高效特性。
（2）采用纤维分散重构技术，在聚丙烯腈（PAN）静电纺纳米纤维框架中插入纤维素纳米晶（CNC）网络，设计制备出了具有多级结构的静电纺纳米纤维气凝胶。分析了纤维分散重构过程中纤维多级结构的成型原理，探究了CNC的加入对纤维气凝胶结构参数的影响规律，以此为依据制备了体积密度在5.03-11.05mg cm-3之间可调的多级结构纳米纤维气凝胶。所制备的多级结构纳米纤维气凝胶具有良好的耐压缩性能，在经受外力压缩时具有良好的结构回弹性，可保障其使用过程中的基本力学要求。在上述基础上，进一步研究了材料内部微结构对其吸声性能的影响规律，最终制备的多级结构纳米纤维气凝胶实现了低频段吸声性能的提升，其降噪系数（NRC）可达0.58，表现出良好的实用性能。
（3）通过向纳米纤维网络中引入微米纤维框架，制备出了具有双重网络框架结构的微/纳米纤维气凝胶。研究了分散液黏度对微/纳米纤维分散性能的影响规律，以此为指导制备出了均匀分散的微/纳米纤维分散液，并通过后续冷冻干燥过程构建了体积密度在3.46-10.76mg cm-3范围内可控，厚度在5-30mm之间可调的微/纳米纤维气凝胶。分析了纤维气凝胶发生形变时的受力情况，对材料的断裂及失效过程进行了研究，以此对微/纳米纤维气凝胶的结构设计进行指导。所设计的双网络结构实现了对所受应力的有效分散，使得材料表现出较好的耐压、耐拉及耐弯折性能。所制备的纤维气凝胶可经受相当于其自身质量约2000倍的砝码的压缩而不破裂，且其在撤去砝码后可实现结构回弹，材料的瞬间回弹速率可达834mm s-1。同时，材料克服了传统静电纺纤维气凝胶耐拉伸及耐弯折性差的瓶颈问题，其拉伸强度可增强至单纯纳静电纺米纤维气凝的三倍，且在经历100次往复式弯折之后仍能保持结构完整。最终制备的厚度为30mm，体积密度为9.02mg cm-3的微/纳米纤维气凝胶的降噪系数可达0.53，表现出轻质高效特性。
（4）以柔性陶瓷静电纺纳米纤维为构筑基元并在其分散重构过程中引入氮化硼片层，最终通过冷冻干燥法设计制备出了具有多级结构的柔性陶瓷纳米纤维气凝胶。得益于所选材料的稳定性，所制备的纤维气凝胶具有优异的耐火及阻燃性能。同时，所制备的体积密度为13.29mg cm-3的陶瓷纤维气凝胶的降噪系数可达0.59。此外，与传统的无机气凝胶易脆的特点不同，所制备的陶瓷纳米纤维气凝胶经受外力作用时无破裂产生且在外力去除后其可实现形状回弹，表明其良好的实用性能。