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拓扑结构存在于任何材料当中,形式多样,包括材料表面的粗糙度、几何形状、孔隙结构等。对于化学组成确定的材料而言,拓扑结构决定了材料的性能,也决定了材料的应用领域。因此,探究材料拓扑结构与性能之间的联系对开发与优化材料的性能具有重要的研究意义。近年来,静电纺丝纤维膜因其优异的性能而被广泛应用于各个领域,而这些性能又与静电纺丝纤维膜的拓扑结构密切相关。静电纺丝纤维膜的拓扑结构包括纤维表面的沟槽结构、纤维的分布及排列,纤维膜表面的粗糙度、内部孔隙结构及分布、宏观的几何形状等。静电纺丝纤维膜的这些拓扑结构通常是不规则的,对于不规则的结构不能采用常规的欧西几何理论分析,需要引用分形理论。因此,本课题通过模板法制备表面具有不同拓扑结构的纤维膜,探究纤维膜的纤维排列、孔隙结构、表面粗糙度等对性能的影响,并通过分形维数来表征纤维膜表面无规则结构,旨在为静电纺丝纤维膜结构表征、产品设计及性能优化提供参考依据。具体工作如下:第一,以热塑性聚氨酯（TPU）为原料,以N,N-二甲基甲酰胺（DMF）及四氢呋喃（THF）的混合溶剂为溶剂体系,通过静电纺丝技术制备了TPU微纳米纤维。探究了不同浓度、溶剂比、纺丝参数对纤维形貌的影响,选择浓度为18%,VDMF:VTHF为1:4的纺丝液体系以及电压为16 kV、接收距离为18 cm、挤出速率为0.5 mL/h的纺丝参数,作为后续试验参数设置。以不同孔径的金属编织网为接收模板进行静电纺丝,探究了接收模板表面结构及尺寸对纤维膜结构的影响。SEM的观察结果显示静电纺丝纤维膜能成功“复制”接收模板表面的结构,并且纺丝时间及模板的尺寸都会对纤维膜表面结构“复制”效果产生影响。由此,确定了合适的纤维模板尺寸及接收时间范围。第二,考虑到拓扑结构的不同及尺寸的大小对材料性能都会产生影响,因此通过模板法设计了六种凹槽大小的交织结构及三种沟槽间距的沟槽结构TPU纤维膜,对它们进行表面形貌、孔隙结构及孔径大小分析。结果发现,交织结构纤维膜在脊处呈现明显的取向特征,沟槽结构纤维膜在脊与沟槽处的纤维沿相互垂直的两个方向取向,两种结构纤维膜的纤维取向程度都会随尺寸的减小而减弱。对比普通结构纤维膜、凹槽尺寸与沟槽间距接近的交织结构和沟槽结构的纤维膜的表面粗糙度,发现交织结构与沟槽结构纤维膜的表面粗糙度均大于普通结构纤维膜,并且粗糙度均会随着交织结构凹槽尺寸与沟槽间距的减小而减小,逐渐接近普通纤维膜。利用模板法在纤维膜表面构建拓扑结构会对纤维膜的孔隙结构及孔径分布产生影响,交织结构和沟槽结构纤维膜的孔径明显大于普通纤维膜,但随着交织结构的凹槽尺寸与沟槽结构的沟槽间距的增大,前者孔径增大,后者孔径减小。最后,对不同结构TPU纤维进行分形维数计算,发现静电纺丝微纳米纤维膜具有分形特征。比较不同结构纤维膜的分形维数,发现纤维膜的分形维数与纤维分布的杂乱及复杂程度相关,纤维的取向特征会使分形维数减小。第三,探究了不同拓扑结构TPU纤维膜的芯吸性、润湿性、透气性、透湿性。不同拓扑结构的纤维膜在芯吸性能上存在明显差异。普通结构TPU纤维膜未出现芯吸现象,而表面具有不同拓扑结构的纤维膜存在明显的芯吸现象。对于交织结构的纤维膜,芯吸高度随着凹槽尺寸的减小先增大后减小。沟槽结构纤维膜在芯吸性能上存在各向异性,TPU-G3纤维膜平行方向上的芯吸高度大于垂直方向,而TPU-G1与TPU-G3纤维膜平行方向上的芯吸高度小于垂直方向;随着沟槽间距的增大,平行方向上的芯吸高度增大,而垂直方向上的芯吸高度减小。在润湿性方面,接触角测试结果表明,交织结构纤维膜的接触角（CA）明显小于普通纤维膜,并且CA随着交织结构凹槽尺寸的减小而增大;而沟槽结构纤维膜的润湿性也存在各向异性,不同沟槽间距的纤维膜接触角都呈现CA∥⊥的关系。具有交织结构的纤维膜透气性及透湿率均大于普通结构TPU纤维膜,普通纤维膜的透气率与透湿率分别为51.122 mm/s和3562.066g/m2×d,而凹槽直径为580μm的纤维膜的透气率及透湿率分别可达到175.568 mm/s和4978.092 g/m2×d;随凹槽尺寸的减小,透气率和透湿率均呈减小趋势。以上结果表明,利用模板法制备的带有不同拓扑结构的纤维膜在润湿性、芯吸、透湿透气等性能上存在显著差异。在另一方面也表明了可以通过模板法在静电纺丝纤维膜表面构建不同的拓扑结构,从而达到调控纤维膜润湿、芯吸、透湿透气等性能的效果。