木质纤维素材料是地球上储量丰富的生物质资源,其具有可再生性、生物降解性和生物相容性等优点,已经被广泛应用在能源、绿色电子、生物器件等领域。对木质纤维素材料进行深入研究对人类文明的可持续发展及减少对不可再生资源的依赖具有重要意义。本文以木质纤维素材料为基材,进行了以下几方面研究:(1)通过草酸水解和机械纳米微纤化从不同的纤维素原材料制备了纤维素纳米晶(CNCs)和纤维素纳米纤维(CNFs),研究了草酸浓度和原材料来源对CNCs和CNFs性能的影响,并对CNCs的化学结构、结晶度和热稳定性进行了比较。结果表明:纤维素原材料在水解过程中发生了酯化反应,得到的纤维素纳米材料具有功能化的羧基;制备的CNCs的热稳定性高于硫酸水解得到的CNCs;由于草酸酸性较弱,CNCs的得率较低。(2)以漂白桉树浆为原料,通过盘磨预处理和草酸水解制备了高得率、热稳定和羧基化的CNCs,得率高达36.9%。以制备的CNCs为原料制备了具有高透光率和低雾度的薄膜,制备的薄膜具有良好的热稳定性,在150℃连续使用4 h外观没有发生任何变化。将制备的CNCs应用于3D打印,得到了多孔的结构,由于CNCs具有良好的生物相容性,因而在组织工程支架领域具有潜在的应用。(3)以天然木质材料为原材料,采用次氯酸钠溶液去除木质材料中的木质素组分,比较了L木(沿着树生长方向切的木头)和R木(垂直于树生长方向切的木头)的木质素去除效率,发现R木具有更高的脱木素效率。通过直接剪切压脱木素的R木制备了具有高透光率(～90%)和高雾度(～90%)的各向异性透明纸,该透明纸表现出各向异性的光散射和偏光效应。将制备的透明纸作为光管理涂层用于Ga As太阳能电池,总的能量转换效率和短路密度分别提高了14%和18%。(4)以天然木质材料为原材料,采用亚氯酸钠溶液去除木质材料中的木质素组分,制备了各向异性的多孔材料。多孔材料表现出快速且各向异性的液体和固体颗粒物质传输性能,沿着通道方向的传输速度比垂直于通道方法的传输速度快5倍。借助多孔材料各向异性的物质传输性能和单向的毛细作用力制备了具有各向异性微观结构和双折射的壳聚糖膜。(5)以天然木质材料为研究对象,比较了阔叶木和针叶木微观结构的相同点和不同点,并对木质材料的机械性能和热导率进行了表征。天然木质材料,包括阔叶木和针叶木具有良好的亲水性、相互连通的孔网络、低的热导率和良好的机械性能。通过对天然木质材料表面进行碳化,制备了太阳能蒸汽产生器件。不同的天然木质材料具有不同的微观结构,造成了显著不同的太阳能蒸汽产生性能,孔隙率越高,蒸汽产生效率越高。