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纳米纤维素纤丝（NCF）及其复合材料由于具有纤维素独特的化学分子结构以及纳米尺寸效应，具备许多特殊的物理力学性能，在先进材料、光电子器件、包装、医药等许多重要领域应用前景广阔。本文以竹材为原料制备NCF及其应用产品，首先比较了竹纤维和薄壁细胞制备NCF的差异。在此基础上，基于产业化前景考虑，分别以商业竹浆、竹材加工剩余物为原料，研究NCF制取技术。最后以NCF溶胶为起始材料，重点开展NCF薄膜、NCF气凝胶以及NCF酚醛树脂纳米复合材料制备与性能研究，探讨竹基NCF的可能应用途径。论文的主要研究结论如下：薄壁组织细胞和竹纤维经过高压均质化处理均可制备出高质量的NCF溶胶，但解离过程不同，竹纤维均质化过程包括纤维的分段、纤维段的解离、细胞壁的破碎、纤丝束的分离四个步骤。薄壁组织细胞则分为细胞的破碎、壁层的解离、纤丝束的分离三个步骤，总体而言，竹纤维的细胞壁结构比较致密，使用现有处理技术获得高质量的NCF需要较多工序，能耗较大。在制备过程中使用饱和盐溶液取代纯水作为分散剂可将溶液的粘度降低几个数量级，提高生产效率。工业竹浆纤维为原料，使用高压均质化技术可以制备出的高质量NCF溶胶，但适当的机械预处理必不可少；高速匀浆处理可以促使纤维细胞壁外层的剥离，超声处理则对于竹纤维分丝帚化有明显作用；将超声波预处理与高速匀浆处理相结合是竹浆纤维高压均质化前处理的有效方法，可解决进料口的堵塞以及均质化前期样品破碎不均匀的问题；润胀剂的使用可以取代机械预处理，从而降低NCF能耗。竹加工剩余物中薄壁组织细胞的比例高达80%，是制备NCF的良好原料，其经过筛分和化学预处理才能用于NCF制备；超声波破碎是一种非常适合从薄壁基本组织中制备NCF的方法，经过化学预处理的薄壁基本组织在超声50min左右可获得质量优异的NCF溶胶。超声波破碎时，溶液的溶度过高会降低超声波的空化效应，以低于0.5wt%的浓度为宜；对于薄壁细胞来说，超声波破碎和高压均质化均可制备出高质量的NCF溶胶，但超声波在薄壁细胞破碎方面的效果优于后者，高压均质化对细胞壁的解离作用更加明显。NCF经真空抽滤可制备出结构致密、力学性能优异的NCF薄膜材料。超声处理40minNCF所制备薄膜材料的物理、力学性能较宜，模量和强度分别为12.6GPa和141MPa。处理时间、薄膜厚度、含水率等因素对薄膜的力学性能影响显著。通过控制干燥时气流走向和干燥时间可以制备出一定取向的NCF薄膜。力学性能测试表明薄膜正交方向的抗拉强度和弹性模量相差约20%，两个方向在断裂伸长率和蠕变性能上存在显著差异。NCF经冷冻干燥可制备出超轻高韧的气凝胶，本文制备的NCF气凝胶材料密度最低可达0.5×10-3g/cm3，密度约为目前世界最轻固体材料的2.5倍。冷冻方式对NCF气凝胶的微观结构有显著影响。超低温冰箱和液氮制备的NCF气凝胶效果较好；NCF气凝胶材料具有优良的能量吸附性能，密度为10mg/cm3的NCF气凝胶的能量吸附值达220kJ/m3，与密度为其5倍的聚苯乙烯泡沫相近；NCF气凝胶整体上NCF束属于无规排列，但通过快速冷冻方法可以实现局部NCF束的定向排列。采用浓缩冻干法制备的NCF气凝胶作为负载酚醛树脂的载体，可以制备出低树脂负载率（PF含量小于15%） NCF/PF复合材料，复合材料的强度和模量分别为150MPa和5GPa。该工艺可以使酚醛树脂在复合材料中得到均匀的分布。在高湿度条件下，NCF/PF复合材料的吸湿性要低于纯NCF薄膜材料；在相同含水率下，两者的弹性模量、断裂强度和断裂伸长率差异不大。