静电纺丝是使带电荷的高分子溶液或熔体在高压电场中形成射流，并在空气中抽长拉细，随着溶剂的挥发或熔体冷却而固化成纤维的纺丝工艺过程。它被认为是至今为止制备连续微纳米纤维的最有效的一种方法，并有望应用于组织工程、人造血管、药物传递、创伤修复、病毒检测、微型传感器以及滤材等。纤维产量是广泛应用的成本基础，如何提高静电纺纳米纤维的产量是静电纺领域重点关注的一个问题。纺丝过程行为的微观理解以及对应机理认识是控制静电纺纤维质量的重要前提，鉴于影响因素的复杂性，现尚存在许多问题需要解决。相对于常规的无规各向同性纳米纤维网，定向排列纳米纤维束可以满足某些特殊场合的应用，是当今一大研究热点。定向排列聚丙烯腈纳米纤维经预氧化和碳化制备纳米碳纤维会有效拓宽静电纺应用领域，吸引了国内外众多研究人员的广泛参与。基于此，本文借助高速摄影机和仿真模拟等手段对纺丝过程细节进行研究，并在此基础上获得提高纳米纤维产量和制备定向排列纤维的新型方法，同时利用定向排列聚丙烯腈纳米纤维作为原丝开发纳米碳纤维。利用高速摄影机“快摄慢放”的技术，可以观察到在稳定纺丝过程以及改变纺丝条件情况下的泰勒锥-射流区域的细节变化。该区域是纺丝过程的初始阶段，这一阶段的稳定与否将直接影响到整个纺丝过程的稳定性。结果表明，针对不同浓度的溶液，在不同的纺丝工艺条件下，存在几种典型的泰勒锥-射流形态，即稳定向下喷射射流、有停顿的旋转射流、周向高速旋转射流以及单液滴多射流等，射流形态的不同将最终影响纤维的沉积范围和外观形态。在单针头研究的基础上，本文设计了网带式多针头连续静电纺装置，借助于Maxwell电场仿真模拟软件和具体试验研究了针头间距和针头数量对运动射流所处电场分布以及纤维最终沉积形态的影响。根据需要，该装置可以制备出不同幅宽和不同规格的纳米纤维网。获得高度定向排列的纤维集合体，纺丝的稳定性是必要前提，否则，液滴的偶尔滴落将会劣化纤维的定向程度，出现较多散乱的纤维。本文在借助于高速摄影机观察泰勒锥-射流区域，保证溶液的供应量和射流的喷射量一致而达到稳定纺丝的基础上，根据射流在溶液浓度相对较大的情况下会以电势梯度最大方向为轴产生高速旋转的基本原理，分别利用常规平面铝板以及新型聚焦电极获得了高度定向排列的纳米纤维束和纤维阵列。平面铝板作为接收装置获得的定向排列纳米纤维束的结晶度和强度均较低，仅分别为22.66　%和0.58　±　0.014　cN•dtex-1，而经过4倍湿热牵伸，纤维束的结晶度和强度都有了显著提高，分别达到45.90　%和3.02　±　0.014　cN•dtex-1。本文利用4倍牵伸纳米纤维束作为原丝经过预氧化和碳化成功制备了性能较好的纳米碳纤维。