制备纳米纤维的方法有多种,采用静电纺丝法制备纳米纤维,具有经济有效的优点,并且能够适用于多种不同的材料进行纺丝,采用传统静电纺丝法制得的纳米纤维大多是呈纤维毡结构的无序纳米纤维集合体,能够在过滤、电池隔膜等领域进行应用,但不能适用于一些对内部结构有特殊要求的领域,如:组织工程、传感器、光电子器件以及补强材料等方面,而定向的纳米纤维膜由于具有周期性的内部结构,能够在一定程度上弥补普通纳米纤维在结构上的不足,拓宽纳米纤维的应用范围。目前制备定向纳米纤维的方法有多种,通过改变静电纺的接收装置、控制电场和附加磁场等方法可以获得不同形态的定向排列的纳米纤维,包括定向纳米纤维膜、定向纳米纤维束和纱线以及定向纳米纤维包覆纱等,不同形态的纳米纤维应用的领域也各不相同。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)作为原料,采用静电纺丝法并设计了阶梯型收集装置,能够有效制备定向纳米纤维膜,而后采用Maxwell电场模拟软件,对纳米纤维沉积过程中的电场变化情况进行了模拟,并对纳米纤维沉积过程中的受力情况进行了分析。利用该装置,研究了不同纺丝电压、纺丝距离、不同浓度和不同纺丝时间对纳米纤维定向程度的影响,结果表明,在电压为12kV,纺丝距离为12cm,PVDF浓度为12wt%时纺丝效果最佳,而随着纺丝时间增加,纳米纤维的定向程度逐渐下降,研究发现30min为最佳纺丝时间,能够兼顾纤维膜厚度与定向质量。采用PVDF定向纳米纤维膜和非定向纳米纤维膜分别制备纳米发电机,结果表明,采用定向纳米纤维膜制备的纳米发电机,相比于非定向纳米纤维膜制备的纳米发电机具有更高的输出电压,其输出电压能达到1.5V,而非定向纳米纤维膜只有0.6V;而后通过掺杂30nm的ZnO纳米颗粒,制备了ZnO/PVDF定向纳米纤维膜,结果表明,添加ZnO纳米颗粒的PVDF定向纳米纤维仍然具有良好的可纺性,但是ZnO的添加对其定向程度会有一定的影响,ZnO含量越高其定向程度越差;随后对其输出电压进行了测试,添加ZnO的定向纳米纤维的压电性能具有显著提升,相比纯PVDF定向纳米纤维膜,其输出电压能提升3倍,其中ZnO的掺杂含量为1.5wt%时其输出效率最高,输出电压为4.5V,输出电流能达到0.9μA。为了进一步提升纳米发电机的输出效率,采用静电纺丝法制备了ZnO纳米颗粒含量为1.5wt%的ZnO/PVDF纳米纤维膜,以此为原料,设计了串联式纳米发电机和摩擦压电混合式纳米发电机,能够实现机械能向电能的转化。相比于普通的纳米发电机,串联式纳米发电机拥有更高的输出电压和电流,输出电压能达到6V,输出电流能达到1.2μA;而后又设计了摩擦压电式混合纳米发电机,其输出电压和电流能得到更大的提升,输出电压可达到20V,输出电流可达4μA;由于纳米发电机是脉冲式输出电压,因此引入了桥式整流电路,采用电容器对电能进行收集,在对容值为2.2μF的电容器进行充电时,在充电5分钟后,测得充电电量为22μC,电能为2.12μJ。图32幅,表7个,参考文献73篇。