纤维素是地球上最丰富的天然高分子之一，随着石油，天然气等资源的逐步枯竭，加强对天然的可再生资源的工业应用研究已经成为一种新的发展趋势。作为纤维素的衍生物之一，纳米微晶纤维素(NCC)比表面积大、吸附能力强、反应活性高、杨氏模量大、生物相容性好和突出的纳米特性，使得其在纳米复合材料，生物医药，催化载体等方面均具有广阔的应用前景。本论文中，首先对NCC的制备及改性进行研究。NCC干燥后，再利用必须恢复其在水溶液中独特的悬浮和粒子特性，因此需要对NCC在水溶液中的再分散进行研究。而且，由于NCC表面的羟基丰富，使得NCC粒子很容易在干燥过程中通过氢键的相互作用团聚，团聚后很难使用物理方法使其再分散，限制了NCC在高分子体系中的应用。本文主要通过硫酸酸解微晶纤维素（MCC）制备NCC，对其进行交联改性、酯化改性和交联-酯化双重改性，调节NCC的表面极性，研究了干燥NCC在水溶液中的再分散和提高其疏水性，改善在非极性或低极性溶剂中的再分散的问题。研究结果表明:在水相介质中，NCC可以与硼砂、戊二醛发生交联反应，交联改性后NCC的结晶结构可以完全或部分保留，NCC粒子之间的团聚现象被有效地抑制，能够均匀稳定的分散在水中。NCC还可以与乙酸酐发生酯化反应，酯化改性将酯基官能团C=O引入到NCC上，降低了NCC的极性，使其能够分散在水，二氯甲烷等有机溶剂中，具有两亲性。经过戊二醛交联处理后的NCC还可以与乙酸酐发生酯化反应，双重改性处理后，NCC也具有两亲性。接着，对NCC增强改性PUA基体进行了研究。通过掺入占基体不同质量百分数的NCC，观察NCC对聚合物基体整体性能的影响。结果表明，随着NCC用量的增大，复合薄膜的拉伸强度先增大后减小，5%用量的NCC具有最佳的增强效果，抗拉强度达到12.91MPa，较纯的PUA提高了54.98%。而改性复合薄膜的吸水率呈现先减小后增大的趋势，5%左右时吸水率达到最小。5%量NCC的加入对复合薄膜的热性能及透光性能影响不大，但NCC的加入改善了基体的耐高温性能。最后以NCC为硬模板制备出空心棒状结构的二氧化硅微束。以NCC为模板，表面活性剂起桥联作用，在NCC表面附着一层二氧化硅纳米粒子。高温煅烧除去模板剂得到空心微束。扫描透射图片分析可知制备的空心SiO2形态与NCC基本相似，长度在100-200nm左右，直径为20-30nm，壳厚约10-15nm，为空心棒状结构。煅烧后没有出现坍塌，但有一定的聚集现象。测试表明，空心微束比表面积很大，达到980m2/g，比煅烧之前的核壳材料大得多。