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纤维素纳米晶（Cellulosse nanocrystal,CNC）的生产成本较高,采用传统方法制备产率较低（仅为10-30%）,如能采用高效的生产技术,实现量产,得到性能可控的CNC,将有利于CNC相关产品的进一步推广及应用。本文主要通过研究硫酸水解反应过程中纤维素超分子结构的变化规律,揭示CNC产率、结构及性能随制备条件改变而变化的本质原因,从而提高酸水解制备CNC产率,并且赋予其可控的性能。并进一步研究了不同结构及性能的纤维素纳米晶须对聚乙烯醇（Ployvinyl alcohol,PVA）的增强效果,为其利用和推广提供可能的途径。本文的研究结果如下:（1）多态性是影响纤维素纳米材料性能的重要因素。在本论文中,以从利乐包纸板纤维中分离出来的纸纤维纤维素（Cellulose fibers,CF）为原料,采用64%硫酸,在45°C的水解温度下,通过控制水解时间（15、20和30min）制备纤维素Ⅰ和Ⅱ纳米晶体。在15min内,纤维素Ⅰ（Cellulose Ⅰ,CⅠ）部分转化为纤维素Ⅱ（Cellulose Ⅱ,CⅡ）,中CⅡ的含量为93.2%。随着水解时间延长,CNC20的CⅡ含量降低到25.5%,而CNC30不含CⅡ组分,完全为CⅠ。CNC15呈曲折带状结构,而CNC20和CNC30则表现出纺锤形或棒状结构。CNC15（104.4±32.2nm和10.2±2.3nm）和CNC20（107.7±29.7nm和10.8±3.2nm）尺寸相似,但CNC30的尺寸几乎是CNC15和CNC20的一倍,平均长度和宽度达到192.8±75.5nm和28.3±9.2nm。CNC15、CNC20和CNC30的长径比分别为10.2、10.0和9.5。CNC15（0.64%硫）比CNC30（0.34%硫）热稳定性差,是由于含有更多的硫酸盐基团或者纤维素Ⅱ组分的影响。经过相同的过程,从桉木中提取的纤维素纳米晶（Eucalyptus cellulosse nanocrystal,ECNC）,其晶型转化规律和微观形貌特征也得到相似的结果。本研究表明,在酸性水解的早期存在晶型的转化（纤维素Ⅰ-纤维素Ⅱ-纤维素Ⅰ）,通过控制水解时间可以调节CNC晶型,这可能对于CNC的多样化的应用提供潜力。（2）通过控制水解条件,包括酸浓度、反应温度和时间,制备了纤维素Ⅰ和Ⅱ纳米晶。采用X射线衍射仪（X-ray diffractomet,XRD）和13C核磁共振仪(13C Nuclear magnetic resonance,13C-NMR)对纤维素Ⅰ和Ⅱ纳米晶的晶体结构进行了研究。结果表明,在58%的酸浓度下,CNC的收率有一个转折点。在该浓度下,当水解温度为60°C而不是45°C时,获得最大CNC产率。这是由于在45°C,硫酸浓度不超过58%,或者60°C下,水解过程中纤维素不发生溶解,非结晶区比结晶区降解速率更快,得到CNC-Ⅰ。在45°C,硫酸浓度60-62%,水解过程中纤维素非结晶区和类结晶区溶解,通过控制水解时间可以得到CNC-Ⅱ（溶解部分重结晶）和CNC-Ⅰ（纤维素Ⅰ晶核）,此条件下,由于纤维素部分溶解,解聚速率加快,CNC产率急剧下降。在45°C,硫酸浓度64%,水解过程中纤维素完全溶解,发生均相水解,CNC产率进一步下降。TEM显示CNC-Ⅰ呈棒状,而CNC-Ⅱ呈扭曲带状,且CNC-Ⅱ尺寸更小,分布更集中,这是由于CNC-Ⅱ是由溶解的纤维素分子链重结晶得到。本论文详细讨论了纤维素晶型变化规律与CNC产量之间的内在联系,以及纤维素在水解过程中的超分子结构转变机制,为不同结晶结构和形态的CNC的制备提供参考,促进了CNC的商业化应用推广。（3）以桉木纤维素（Eucalyptus cellulosse,EC）和丝光化纤维素（Mercerized cellulose,MC）为原料,采用硫酸水解和机械处理制备出了三种纤维素纳米晶须,分别记做RNW-Ⅱ（EC,64%硫酸,10min,45°C）,CNW-Ⅰ（EC,58%硫酸,30min,45°C）和MNW-Ⅱ（MC,58%硫酸,30min,45°C）,产率分别为50.8、74.8、81.1%,结晶度（Crystallinity index,Cr Ⅰ）依次为80.4、73.7和84.8%。CNW-Ⅰ和MNW-Ⅱ平均长度分别228和196nm,呈现纺锤状或棒状结构,而RNW-Ⅱ为扭曲带状或海星状结构,具有较大的尺寸（平均长度为416nm）。纤维素纳米晶须的加入能提高PVA复合膜的玻璃转化点温度（Tg）,降低熔融温度（Tm）和熔融焓（ΔHm）。在PVA薄膜中添加纤维素纳米晶能够显著提高其力学性能,并且随着纤维素纳米晶须添加量的增加,拉伸强度和杨氏模量均呈现先增加后减小的趋势。CNW-Ⅰ/PVA复合薄膜的拉伸强度和杨氏模量均优于RNW-Ⅱ/PVA和MNW-Ⅱ/PVA复合薄膜,RNW-Ⅱ的增强效果最低。CNW-Ⅰ/PVA、RNW-Ⅱ/PVA和MNW-Ⅱ/PVA复合薄膜的拉伸强度最大增量分别为42.9、27.7和20.3%。当纤维素纳米晶须添加量超过6%时,纳米复合薄膜的拉伸强度和杨氏模量将不会继续增加,甚至开始下降。