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木材纳米纤维纸基新材料绿色、机械强度好、多孔隙结构、高透明度、热膨胀系数低及柔性可卷曲等特殊性能,在可穿戴电子设备、柔性电池与柔性显示器、超级电容器隔膜纸等方面具有巨大的应用潜力,有逐步替代高分子塑料或玻璃材料趋势。目前纳米纤维素的制备存在生产成本高,尺寸分布广,分散与稳定性差等问题,影响到纳米纤维材料的推广与应用。论文基于木材纤维形态结构与超微结构特征,通过对纤维进行切断、锤击、搓揉、TEMPO氧化及高压均质剪切等步骤,实现纤维微纤丝的柔性解离,获得高得率、尺寸均一,且稳定与分散性能优异的纤维素纳米纤丝(NFC)。主要研究结论如下:依据纤维微纤丝角与长度关系,计算确定将木浆纤维切短至0.20-0.64mm范围,微纤丝以Z型螺旋方向围绕纤维中心轴1-2圈,这将有助于机械锤击作用时纤维的整体压溃,纵裂帚化,同时能有效控制初步微纤化纤维的长度。在pH10-10.5条件下,对切短至长度为0.40-0.64mm范围的纤维进行机械锤击作用处理,纤维易被整体压溃并产生纵向开裂;纤维刚性结构的破坏,加速了水合Na+从纤维端面及表面裂纹处向内部的渗透,由此削弱纤维微纤丝层间的氢键结合力,使纤维产生深度水化润胀,促使纤维细胞壁P层和S1层的破裂及碎片化,且切短纤维长度小于0.40mm时压溃润胀作用更为明显。而当纤维长度大于0.64mm时,水化现象则主要发生于纤维端面附近及纤维局部,难以达到整体润胀的效果。充分水化润胀、微纤丝层间氢键结合力削弱的纤维,在搓揉作用下纤维微纤丝层极易被柔性解离,得到初步纳米级的微纤束。适当的TEMPO/NaClO/NaBr选择性氧化处理,赋予了微纤丝羧基负电性基团及更高的亲水性能。借助高压均质处理,可获得长度在1000nm左右、直径10-20nm范围,尺寸均一,且分散性能稳定的高得率NFC。因此,木材纤维切断至合适长度,借助锤击、搓揉、引入羧基及高剪切等处理步骤,可以制备得到高得率、尺寸均一、高透明度且分散稳定性优异的NFC。