大自然在创造万物时对于生物材料中有限尺寸基元的组装有着极其严格的控制,从而使得生物结构材料通常具有纳米甚至分子级别上高度有序的结构特征,而正是这些精妙的多级结构赋予了这些生物材料力学和光学等多方面优异性能。科学家受天然材料中的结构特征和增强增韧机理的启发,结合工程设计原则,发展“仿生组装”技术来制备高性能纤维结构材料。本论文将首先对目前不同种类的仿生结构材料的研究进展进行综述,接着将介绍基于仿生结构设计的纤维材料的几种典型组装方法以及该领域的研究现状和应用前景。我们将以骨骼、木材、蚕丝和动物毛发等常见的生物结构材料中经典的单轴取向结构和跨越多尺度的多级螺旋结构为模型,利用天然纤维材料中各向异性组装单元在软介质中有序排列的增强增韧机理,通过复合纳米纤维和有机物,设计制备机械性能增强的纳米复合纤维材料,并对组装过程-纤维结构-材料力学性能三者之间的关系进行分析讨论。所取得的具体研究成果归纳如下:1.结合湿法纺丝和定向干燥技术,利用流体剪切诱导组装原理,基于不同类型纳米纤维基元,成功制备了细菌纤维素纳米纤维/海藻酸钠(BC-Alg)、碳纳米管/海藻酸钠(CNT-Alg)和硬硅钙石矿物纳米线/海藻酸钠(Xonotlite-Alg)三种纳米复合纤维材料。同时也对湿纺过程中纳米纤维基元的种类、长径比、百分含量、纺丝挤出速率等多项因素对最终所得人工纤维材料的内部结构和宏观力学性能的影响进行了系统地研究探讨。2.基于优化后的细菌纤维素纳米纤维/海藻酸钠(BC-Alg)复合纤维体系,发展了一种具有仿生多级螺旋结构的纳米复合宏观纤维材料的通用制备方法,通过将湿法纺丝工艺与湿法加捻组装技术相结合,实现了最终纤维材料拉伸强度、伸长率和韧性的同时提升,解决了目前大多数已报道的人工纳米纤维素基复合纤维材料所面临的共同困境,制备得到了最大拉伸强度达到～535 MPa、伸长率为～16%、韧性为～45 MJ·m-3的纳米复合纤维材料。我们的结构设计操作性强且经济高效,对仿生多级结构力学增强材料的设计和研究具有重要参考价值,为未来新型结构和功能纳米复合纤维的开发创造了更多机会。