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生物质能是继煤炭、石油、天然气之后全球第四大能源。随着化石能源的日益枯竭，高效利用生物质材料开发新能源以及环境友好型复合材料成为相关领域的研究热点。纳米纤维素(Cellulose Nanowhiskers，CNW)作为可再生纳米材料，因其良好的机械性能而更具研究和应用价值。以我国北方特有的木本植物废弃果壳——文冠果果壳为原料提取CNW，对提高文冠果果壳经济附加值具有重要意义。CNW具有优异的成膜性能，且CNW膜透明度高、柔韧性好、机械强度高，是开发功能型复合膜的理想基体材料。本文首先采用化学法从文冠果果壳中提取CNW，不仅对CNW的形貌、结构、热性能以及力学性能进行了表征与分析，而且研究了制备工艺（酸解所用硫酸浓度与超声时间）对CNW性能的影响。然后研究了CNW在水溶液中分散碳纳米材料——石墨烯(Graphene Nanoplatelets，GN)和多壁碳纳米管(Multi-walled Carbon Nanotube，MWCNT)——的分散效果以及相应复合膜的综合性能。最后进一步研究了用CNW等量替换PVA-0.5％GN复合膜中的GN以及将CNW直接添加到复合膜中时CNW所起到的作用。得出以下结果: 从文冠果果壳纤维中提取出的CNW呈短棒状，保持了天然纤维素的晶体结构——纤维素Ⅰ晶体结构，晶态度可达76.2％，直径尺寸为(37.6±6.5)nm，长径比在10左右。CNW表面带负电荷，在静电斥力作用下形成高度稳定的CNW水性悬浮液，Zeta电位值为-15.5mV，制得的CNW膜具有高透明性，其最大拉伸强度达102.5MPa，杨氏模量达15.9GPa。CNW具有较高的热稳定性，其初始热解温度为150℃，熔融峰温度为209.4℃。 CNW有助于GN及MWCNT在水溶液中稳定分散，同时GN和MWCNT的添加使CNW膜的热性能显著提高。GN含量为0.1wt％和0.25wt％时，GN在CNW膜中分散均匀，使CNW/GN复合膜的拉伸强度显著提高。GN含量高于0.5wt％时，GN的分散性降低，复合膜的拉伸强度增势降低。相对于纯CNW膜，CNW/GN复合膜的热稳定性显著提高，熔融峰温度也有所提高。CNW-5％GN和CNW-5％MWCNT复合膜的初始热解温度分别显著提高了85℃和95℃，熔融温度均提高了约24℃。结果表明GN与CNW之间存在较强相互作用力，增加了CNW分子链运动阻力，使其熔点升高。同时在受热时石墨烯片起到了保护CNW的作用，提高了复合膜的热稳定性。 CNW等量替换GN后，GN在PVA基体中分散性得到改善。CNW作为非均匀形核剂和细化剂，使PVA-5％GN复合膜的晶态度有所提高，GN的尺寸明显减小，PVA/GN复合膜的晶粒尺寸也略有减小。用0.1％CNW和0.4％CNW分别替换等量的GN后，复合膜的玻璃化转变温度从35.6℃均提高到40℃左右，杨氏模量分别提高了30％和13％，拉伸强度分别提高了15％和26％。CNW直接添加到PVA-0.5％GN复合膜中时，CNW降低了PVA-0.5％GN复合膜对水的敏感性，提高了PVA-0.5％GN复合膜的导电性。加入0.1wt％和0.4wt％CNW后，PVA-0.5％GN复合膜的溶胀比分别降低了15％和13％，电导率分别提高了156％和34％。