铁电聚合物聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride,PVDF）因其具有柔性、优良的电学性能和良好的生物相容性等优点,在能量收集、电热制冷和传感等领域具有重要应用价值。相较于纯PVDF,基于PVDF的纳米复合材料因其全反式构象（极性压电β相）的含量更高,表现出更加优异的压电性能,预期可以显著提升当前传感与换能器件的性能,获得国际上的广泛关注。然而,目前对于PVDF基纳米复合材料中β相增强的起源及其分布等特征一直缺乏原位的实验研究,限制了新型PVDF基纳米复合材料的设计及制备。基于此,本论文针对PVDF基纳米复合纤维,利用原子力-红外光谱显微镜（Atomic Force Microscopy-based Infrared Spectroscopy,AFM-IR）及压电响应力显微镜（Piezoresponse Force Microscopy,PFM）,开展纳米畴结构成像、微区电学、热学以及红外光谱研究。探索碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs）含量对PVDF复合纤维压电性能的影响,揭示CNTs修饰的PVDF复合纳米纤维中的纳米尺度下的响应,从而明确PVDF基纳米复合材料压电性能增强的微观机制。主要研究内容与结果如下:选取电纺聚偏氟乙烯/碳纳米管（PVDF/CNTs）纳米复合纤维作为研究对象,系统研究了碳纳米管掺杂浓度对纳米复合纤维压电性能的影响。结果发现,随着CNTs掺杂浓度的增加,压电系数d33首先从7.8 p C·N-1增加到12.1 p C·N-1,然后又随掺杂浓度进一步增加而下降。利用PFM表征了不同掺杂浓度的PVDF基纳米复合纤维的微区压电响应,在原位直流电场作用下,探究了CNTs掺杂浓度对微观压电性能的影响,发现掺入碳纳米管后局域压电响应增强,位移从120 pm增加到2000 pm,并且观察到相位有180°的翻转。利用AFM-IR开展了单根PVDF及PVDF纳米复合纤维的原位局域红外光谱研究。结果表明,随着掺杂浓度的提高,压电β相的含量呈现先增加后减少的趋势,这与宏观的ATR-FTIR的结果一致。另外,利用AFM-IR原位光谱技术的高分辨率特点,实现了对PVDF/CNT复合材料界面相结构的原位分析,通过AFM-IR原位红外光谱图得出PVDF/CNTs界面和PVDF纳米纤维内部的β相含量分布。发现在界面处PVDF的β相含量较高,表明界面处CNT与PVDF存在更强的相互作用,其物理机制可能是CNT中的共轭π结构与PVDF中的-CH2基团之间的CH-π相互作用。此外,局部应力/应变和电荷积累引起的局域极化,可能进一步促进PVDF纳米纤维中β相的形成。本论文的研究结果有利于未来设计性能更优的压电聚合物复合材料,从而为拓展其在柔性传感、能量收集等领域的应用奠定了基础。