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随着电子器件的高度集成和小型化,高效的热管理系统已成为维持电子设备稳定运行和出色性能的技术保障。其中,聚合物基导热复合材料（PTCs）以轻量化、绝缘、耐腐蚀、易加工等优势成为热管理系统中重要的组成部分。然而,目前大多数PTCs的基体都是来自不可再生的石化资源,且随着电子产品更新速度的不断加快,电子废弃物的急剧增长已对环境造成了严峻的挑战。在当前全球能源短缺和环境污染的双重威胁下,利用可生物降解的生物质资源开发导热复合材料变得尤为重要。纤维素是自然界中含量最丰富的天然高分子,具有良好的可降解性、可再生性、低的热膨胀系数和优异的力学强度,因此,研究者们通过将纤维素和导热填料进行复合,以期设计出绿色环保的高导热复合材料。当前,尽管已取得一系列的进展,但纤维素基导热复合材料仍存在导热性能较低、亲水吸湿性较强、易燃烧、力学性能低等问题,通过纤维素基导热复合材料的界面结构设计和功能化改性,构筑具有良好导热性能、阻燃性能、力学强度或疏水性能的多功能纤维素基导热复合材料仍面临着许多关键科学问题和技术问题。本论文针对纤维素基导热复合材料存在的上述瓶颈,从新型纳米杂化填料的构筑、复合材料的界面调控、功能化改性及结构与性能的关系等方面进行了较为系统的研究。主要研究内容与结论如下:（1）采用碱处理和超声剥离的方法,制备了水分散性良好的羟基化氮化硼纳米片（BNNS）,并受珠母贝有序分层结构和荷叶乳突微纳结构的启发,通过BNNS与纤维素纳米纤维（CNFs）的复合及进一步的表面改性,制备了兼具高导热性和超疏水性的柔性纤维素基复合材料。结果表明,由于BNNS与CNFs之间良好的氢键相互作用和面内有序排列,添加50 wt%BNNS的CNFs基复合材料表现出15.13 W·m-1·K-1的高面内导热率;此外,改性后的CNFs/BNNS复合材料实现了良好的疏水性能（水接触角超过155o）和优异的耐水性。该研究通过双重仿生设计实现了纤维素基复合材料高导热性和超疏水性的功能集成,为其他多功能纳米复合材料的仿生设计提供了新的思路。（2）利用纳米金刚石（ND）和BNNS通过静电自组装策略构建了一种新型纳米杂化填料（BNNS@ND）,并进一步将制备的BNNS@ND应用于纳米纤维素复合材料中,探讨了BNNS@ND杂化填料对复合材料的结构和性能的影响。结果表明,粒径为4-6 nm的ND可以通过静电相互作用稳定地吸附在二维BNNS表面。制备的BNNS@ND能够与CNFs紧密地堆叠在一起,并沿平面方向高度取向,形成典型的“砖-灰浆”结构,为声子在相邻氮化硼纳米片之间的传输提供了良好的路径。在添加等量导热填料后,CNFs/BNNS@ND-3复合材料的面内和面外导热率分别达到18.54W·m-1·K-1和0.77 W·m-1·K-1,显著高于CNFs/BNNS复合材料的导热率。（3）采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷对纳米氧化铝进行表面改性,制备了Zeta电位为正的改性氧化铝（m-Al2O3）,然后与BNNS通过静电吸附作用构建了BNNS@m-Al2O3纳米杂化填料,并研究了该纳米杂化填料对纤维素基复合材料结构和性能的影响。结果表明,与直接通过物理共混的BNNS和Al2O3不同,改性后的纳米氧化铝能够均匀稳定地附着在二维BNNS的表面,无严重的团聚现象。将制备的BNNS@m-Al2O3与CNFs复合后,CNFs/BNNS@m-Al2O3-3复合材料的面内导热率高达12.65 W·m-1·K-1,约为纯CNFs的7.2倍;CNFs/BNNS@m-Al2O3-5复合材料的面外导热率最高可达0.58W·m-1·K-1,显著高于含等量填料的CNFs/BNNS复合材料(0.35 W·m-1·K-1)。该研究制备的BNNS@m-Al2O3杂化填料进一步扩展了“点-面结构”纳米杂化填料的范畴,成本降低,为纳米杂化填料在导热绝缘复合材料中的广泛应用提供了可能性。（4）通过对碳纳米管进行酸化处理制备了羧基化的碳纳米管（c-CNTs）,并将其与BNNS和CNFs复合,构筑了CNFs/BNNS/c-CNTs导热复合材料,在此基础上,通过钙离子改性处理进一步地改善了复合材料的界面结合,并对复合材料的断面结构、导热性能和热稳定性能进行了较为系统的分析。结果表明,由于Ca2+-CNFs/BNNS/c-CNTs复合材料中氢键和配位键双重界面相互作用以及良好的面内取向结构,制备的复合材料在仅添加50 phr（33.33 wt%）导热填料下,就呈现出13.46 W·m-1·K-1的高面内导热率。良好的界面结合也赋予了复合材料优异的力学性能,经钙离子处理后的Ca2+-CNFs/BNNS/c-CNTs复合材料拉伸强度和断裂应变分别达到了134 MPa和2.5%,明显优于CNFs/BNNS复合材料。此外,该Ca2+-CNFs/BNNS/c-CNTs复合材料同时具有良好的热稳定性能。本研究从复合材料的界面结构设计出发,引入了具有高长径比的c-CNTs,并通过钙离子交联改性,制备了兼具良好力学性能和导热性能的复合材料,为高性能导热复合材料的结构设计提供了一种新的研究思路。（5）针对纤维素基导热复合材料在使用过程中可能存在的火灾风险,采用聚磷酸铵功能化的氮化硼纳米片（BNNS-p-APP）与一维CNFs进行组装,制备了具有珠母贝层状取向结构的纤维素基复合材料,探讨了BNNS-p-APP对CNFs基复合材料导热性能、阻燃性能、热稳定性能和力学性能的影响。结果表明,制备的CNFs/BNNS-p-APP复合材料表现出9.1 W·m-1·K-1的面内导热率。聚磷酸铵的负载改性以及CNFs/BNNS-p-APP复合材料中独特的层状结构,有效地促进了复合材料炭化,抑制了可燃挥发物的释放,并阻隔外部氧气和热量进入内部聚合物基体中,从而显著提高了CNFs基复合材料的阻燃性能。该研究通过珠母贝的仿生设计,不仅实现了高导热率和阻燃性的协同集成,而且表现出良好的柔韧性、耐折性和高机械强度,在柔性电子的热管理应用中具有良好的应用前景。