木材细胞壁中的纳米纤维是自然界最重要的可再生纤维资源之一，研究木材细胞壁中纳米纤维的分形结构及其与微观木材细胞、宏观木材性质间的关系，不但对于在纳米领域深入揭示木材细胞壁的微细结构特性具有理论科学意义，而且对于利用木材细胞中的纳米纤维资源开发新型纤维材料也具有十分重要的意义。本论文应用分形理论方法，结合光学显微镜、偏光显微镜、碳膜复型技术和TEM测试，研究了木材细胞壁中纳米纤维分形结构特征及其典型性。对细胞壁中纳米纤维的分形特征在壁层堆积过程中，以及沿不同生长方向的变异性进行了定量解析。同时，测定了木材的XRD谱及吸湿曲线，分析了木材细胞壁中纳米纤维的分形构造与木材结晶构造和吸湿性间的关联性。　　 本论文的主要研究结果归纳如下:　　 1.木材细胞壁中纳米纤维的分形结构及特征:分析表明，木材细胞壁诸层中由纤维素分子链聚集而成纳米尺度的微纤丝结构单元，围绕细胞轴形成类似的自旋扭转结构。在不同尺度范围内无显著的形态差异，满足分形体系所规定的具备无特征长度和自相似性两大特征，是一个典型的分形体系。　　 2.幼龄材细胞壁堆积过程中纳米纤维的分形构造特征:初生壁P层的分形维数值为1.0984。初生壁上的纤维素微纤丝的扭曲波形柔和，绕细胞轴以平缓的“S”形螺旋盘绕，呈大角度桶匝状排布。次生壁S1、S2、S3层的分形维数值分别为1.4039、1.3706、1.0525。S1层纤维素微纤丝具有非常复杂，丰富多变的自旋扭转结构，绕细胞轴呈“S”形螺旋盘绕，呈打开的弹簧状。S2层纤维素微纤丝的扭曲波形趋缓，分形维数值降低，形成与细胞轴渐趋平行的栅栏状盘绕。与成熟材相比，幼苗次生壁S2层的分形维数值稍大，这是幼龄材的典型特征。S3层纤维素微纤丝的扭曲波形十分缓和，绕细胞轴呈平缓的“Z”形螺旋盘绕，呈几乎与细胞轴垂直的桶匝状排布。　　 3.成熟材细胞壁中纳米纤维的分形构造沿不同生长方向的变异性:在径向上，从近髓心处起，细胞壁中纳米纤维的分形维数值最大，自旋扭转结构无序化程度高，结构疏松，对应着髓心和幼龄材区域。由髓心至树皮方向，分形维数值呈波动式下降，在接近树皮的区域，分形维数值基本稳定在较小的范围内波动，为断面上的成熟材范围。在弦向上，从弦向中部起，细胞壁中纳米纤维的分形维数值较大，经过短暂的稳定区间，朝着树皮方向呈波动式下降。由于受到径面壁上纹孔数量及分布的影响，弦向试样的分形维数值略大于径向。　　 4.细胞壁中纳米纤维的分形构造与细胞壁结晶性的相关性:在不同生长方向上，细胞壁中纳米纤维的分形维数值与木材细胞壁的相对结晶度均呈较强的负相关性。其中，径向试样的相对结晶度随分形维数值的变化较弦向试样更为明显。分形维数值较大的试样，细胞壁中纳米纤维的自旋扭转结构无序性增加，排布疏松，平行度较差，结晶区比例减小。　　 5.细胞壁中纳米纤维的分形构造与木材吸湿性的相关性:在不同生长方向上，细胞壁中纳米纤维的分形维数值与宏观木材的相对吸湿量均呈一定正相关性。其中，径向北侧的试样其相对吸湿量随分形维数值变化的规律性更显著。分形维数值较小的试样，细胞壁中纳米纤维的自旋扭转结构较为规整、紧凑，平行度高，对水分的吸纳能力减弱，吸湿量相应减小。