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随着环境和能源问题的日益突出,将价格低廉的可再生生物质材料作为增强填料开发新型生物质/聚合物复合材料,已成为世界能源可持续发展的趋势。3D打印技术是制造业领域的一种新兴工艺,在制造个人定制及复杂结构制品方面拥有显著优势,为生物质复合材料的高值化及多元化利用提供了机遇。为了高效利用生物质资源及开发功能性3D打印材料,本论文采用杨木粉、纤维素纳米晶体（CNC）等生物质材料填充热塑性聚氨酯（TPU）构建了具有柔性、自修复特性的光热响应形状记忆3D打印复合材料。论文系统地探讨了适用于熔融沉积成型（FDM）3D打印技术的生物质/TPU复合材料的设计方案和界面调控方法;通过将生物质材料、TPU及聚己内酯（PCL）共混,研究制备出了形状记忆性能优异的3D打印复合材料,分析了复合材料形状记忆功能的形成机制;探究了CNC增强TPU/PCL共混聚合物复合材料的成型技术及作用机理,解析了加入碳纳米管后TPU/PCL复合材料的光响应形状记忆功能,为制备高性能的功能性聚合物复合材料提供了一种新的研究思路和方法。本论文的主要研究内容和结果如下:（1）以杨木粉和TPU为原材料,采用熔融共混及FDM工艺制备低成本的柔性3D打印生物质复合线材,该线材具有较好的可打印性。采用不同改性剂对杨木粉含量为20wt%的复合材料的界面相容性进行改性,结果表明,马来酸酐接枝三元乙丙橡胶（EPDM-g-MAH）的添加显著提高了复合材料的断裂伸长率,比未改性的复合材料的断裂伸长率提高了近100.14%。与其他改性剂相比,EPDM-g-MAH的添加补偿了复合材料的柔韧性,提高了复合材料的储能模量和复数黏度;杨木粉/TPU复合材料的界面相容性得到改善。通过该生物质复合线材3D打印的制品有别于目前市场上传统的硬质3D打印产品。（2）为满足功能性3D打印材料的需求,添加PCL于杨木粉/TPU共混物制备热致形状记忆复合材料,赋予3D打印以时间维度,使3D打印制品能够随外部环境变化而做出形状的改变来实现4D打印。对不同质量比的杨木粉/TPU/PCL复合材料的形状记忆性能进行测试,结合不同复合材料的结晶性能及熔融性能说明其形状记忆功能的作用机理。结果表明,PCL的添加可以改善杨木粉/TPU复合材料的形状记忆性能;复合材料中的PCL相可以在程序温度以下快速结晶使设置的临时形状得以固定;在形状恢复过程中熔融的PCL随着具有优异弹性的TPU逐渐恢复到原始形状;PCL含量为30 wt%时,复合材料的形状固定性能和形状恢复性能最好。此外,采用炭黑赋予杨木粉/TPU/PCL复合材料以光热响应形状记忆性能,复合材料的导热性能得以提高;并结合FDM工艺得到3D打印制品,验证了复合材料优异的光热响应形状记忆特性。（3）为了进一步提高TPU/PCL形状记忆共混物的机械性能,采用CNC增强TPU/PCL共混聚合物,重点研究不同含量CNC对复合材料的化学结构、机械性能、微观形貌、热性能和流变性能的影响,并通过分子动力学模拟进一步分析了CNC改性TPU/PCL复合材料的增强机理。结果表明,CNC能够有效改善TPU/PCL共混物的界面结合,提高复合材料的力学性能和热稳定性;CNC的添加可以提高PCL在TPU基体中的分散性;分子动力学模拟结果表明CNC可通过与TPU、PCL之间产生氢键相互作用改善了复合材料的界面相容性。当CNC含量为1%时,复合材料的各项性能均达到最优值,其中,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率可分别达到31 MPa和1600%。（4）针对直接加热诱导形状记忆材料使用过程中的局限性,在CNC增强TPU/PCL复合材料的基础上,采用多壁碳纳米管（MWCNTs）和多巴胺,展开了可局部控制的近红外诱导形状记忆复合材料的开发与改性研究。结果发现,经多巴胺改性的MWCNTs（PMWCNTs）制备的复合材料可以增强复合材料的界面粘附性;在PMWCNTs含量为3%时,复合材料的拉伸模量和拉伸强度、结晶性能和热性能均有所提高;改性后复合材料在三次热-机械形状记忆循环测试后仍具有优异的形状记忆性能,且形状固定性能优于未改性复合材料。在添加少量填料的前提下,既保留了复合材料原有的形状记忆性能,又改善复合材料的机械性能。结合FDM技术,可以得到具有近红外诱导形状记忆功能的3D打印制品。（5）针对形状记忆聚合物材料在实际应用过程中受到机械损伤而出现机械性能和形状记忆效应下降等问题,赋予聚合物复合材料以自修复性能,开展自修复形状记忆聚合物复合材料的研究。在TPU/PCL共混聚合物的基础上,使用分别采用顺丁烯二酸酐和呋喃甲胺改性的CNC为增强剂和交联剂,制备了热可逆狄尔斯-阿尔德（Diels-Alder,DA）动态交联的自修复形状记忆复合材料。研究了改性前后复合材料的化学结构、力学性能、热性能、形状记忆性能和自修复性能;并采用分子动力学模拟,从分子角度上系统的分析了改性后复合材料的增强增韧机理。改性后复合材料具有更好的流动能力、机械性能及热稳定性;改性的复合材料不但保留了其原始的形状记忆性能,还具有较高的自修复能力,拉伸剪切试验证实,愈合后复合材料的拉伸剪切强度达到原始材料强度的86.75%,断裂伸长率约为原始材料的91.02%。此外,通过设计一种以改性复合材料为基底、以多壁碳纳米管/CNC材料作为导电层/紫外屏蔽层的双层柔性复合材料结构,展示了所开发复合材料的潜在应用。