近年,天然高分子材料的发展势头迅猛,有望部分替代来源于石油资源的合成高分子材料。其中,纤维素是自然界中最丰富的可再生资源,具有可生物降解和理化性质稳定的特点,用途非常广泛。铜氨溶液是一种古老的纤维素溶剂,可用于制备人造纤维、中空纤维、无纺布等再生纤维素制品,但利用纤维素铜氨溶液制备其它功能性新材料的研究却鲜有报道。纤维素铜氨溶液中含有大量的铜,在制备纤维素/铜复合材料和铜基无机材料方面具有巨大的成本和应用优势。纤维素/无机纳米复合材料和以纤维素为模板制备的特殊无机材料在众多领域中展现出良好的应用前景,已逐渐成为纤维素领域中的重要研究方向。本工作利用原位合成法以及纤维素铜氨溶液制备了多种纤维素/无机纳米粒子复合材料以及特殊结构的无机材料,并对其结构、形貌、性质和应用进行系统研究。本论文的主要创新包括以下几点：1)通过原位合成法制备多组分、多功能的纤维素磁性纳米复合材料,以纤维素微孔为微反应器制备具有核壳结构的无机纳米粒子；2)利用纤维素铜氨溶液及铜氨再生纤维素制品的自身特性,通过一步原位还原制备具有抑菌和特殊导电特性的纤维素/Cu纳米复合膜；3)利用粘性流体的“卷绳效应”,制备具有连续周期螺旋结构的再生纤维素纤维,并以此为模板制备多种无机物螺旋纤维；4)利用铜氨纤维的非均一结构,通过高温灼烧含无机氧化物的铜氨复合纤维制备多种无机氧化物中空微米纤维,并阐明中空结构的形成过程和机理。本论文的主要研究内容和结论包括以下几个部分：首先通过两步原位合成法制备纤维素/γ-Fe2O3/CuO纳米复合膜,并通过XRD、XPS、TG、SEM、TEM等手段表征纳米复合膜灼烧前后的结构和形貌。两步原位合成后复合膜中的γ-Fe2O3与CuO以纤维素膜中的微孔为反应器,形成了核壳结构,部分粒子尺寸增长至10～15nm。高温灼烧后,复合膜中的y-Fe2O3与CuO反应生成CuFe2O4(104±39nm)。原位合成中Cu2+浓度对复合膜灼烧产物有很大影响。当Cu2+浓度为0.35和0.5M时,复合膜中的y-Fe203全部与CuO生成CuFe2O4,而当Cu2+浓度过高或过低时,部分γ-Fe2O3转变为α-Fe2O3。复合膜灼烧前后的磁学性质差异很大,灼烧前复合膜表现出典型的超顺磁性；高温灼烧后,由于形成CuFe204粒子尺寸急剧增加,致使其在室温下表现出较强的铁磁性。纤维素铜氨溶液在玻璃板上流延成膜,并在NaOH溶液中凝固得到含有铜化合物的凝固膜,直接用NaBH4将膜中的铜化合物还原,制得纤维素/Cu纳米粒子复合膜。通过XRD、XPS、TGA、SEM、TEM和AFM等表征了复合膜的结构和形貌。结果表明,复合膜中的Cu2+成功被还原为单质铜,并且在还原过程中发生了离子迁移现象。还原前,CuO纳米粒子分散在复合膜中；还原后,部分Cu纳米粒子聚集在复合膜的表面。由于Cu纳米粒子具有优异的抑菌性,所制备的纤维素/铜纳米复合膜也显示出极强的抑菌效果,能够在1h内有效杀灭金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli),可作为强效抑菌材料用于包装、医疗用品等。通过原位还原法制备单面Cu纳米粒子包覆的再生纤维素/Cu纳米复合膜,并通过ATR-FTIR.XPS、TG、SEM、TEM和AFM等方法表征了复合膜的结构、形貌和性能。研究表明,成膜过程中纤维素膜凝固剂接触面和模具接触面的不对称结构导致还原过程中Cu纳米粒子不对称富集。多孔的凝固剂接触面可以为还原过程中的离子迁移提供通道,所以富集了一层厚度约为1μm的Cu纳米粒子层,而在密实的模具接触面上则没有Cu纳米粒子的富集。所得的复合膜具有很好的柔韧性和力学强度,且Cu纳米粒子包覆面表现出良好的导电性,其电阻随膜弯曲率的增加而增大。这种纤维素/Cu纳米复合膜可用于电子基材、便携电子产品以及传感器等方面。利用粘性流体的“卷绳效应”,通过简单的纺丝过程制得具有连续周期性螺旋结构的再生纤维素纤维。首先将放置于一定高度的纤维素铜氨溶液匀速挤出并落入可移动的凝固浴中,纤维素溶液细流在凝固浴的表面产生自发的周期性卷绕行为,并在NaOH溶液凝固浴中快速凝固。可移动的凝固浴将成型的螺旋纤维带走,避免纤维的粘连。凝固后的螺旋纤维经酸洗、水洗和室温干燥后得到再生纤维素螺旋纤维。通过改变纺丝过程的各项参数,如纺丝高度、输液速度、凝固浴移动速度等,考察纺丝参数对螺旋纤维的尺寸和形貌的影响。研究表明,螺旋纤维的尺寸和形貌主要由纺丝高度决定,并受其它纺丝参数影响。所得螺旋纤维的丝径约为100～400μm,螺径约为300～700μm。再生纤维素螺旋纤维具有很高的断裂伸长率,且在一定应变范围内表现出弹性行为。同时,再生纤维素螺旋纤维具有多孔结构,可作为模板制备无机螺旋纤维。纤维素铜氨溶液通过湿法纺丝,在NaOH水溶液中凝固得到含铜化合物的凝固纤维,经高温灼烧去除纤维素后得到CuO中空微米纤维(外径5～36μm,壁厚0.4～5μm)。利用XRD、XPS、TG、SEM、TEM等表征了复合纤维和CuO中空纤维的结构与形貌,并通过观察凝固纤维在热解过程中的形貌变化研究了中空结构的形成过程和机理。结果表明,中空结构的形成主要与凝固纤维素中CuO颗粒的不均一分布有关。由于凝固纤维中外层含有较少的CuO颗粒,而中心区域含有较多的CuO颗粒,因此铜氨纤维外层具有较高的结晶度和取向度,中心区域为无定型区,因此灼烧过程中纤维中心区域热解快、外层区域热解慢,最后产生了中空结构。通过原位合成法制备了含CuO、Cu、Fe2O3、TiO2和Si02纳米粒子的纤维素复合纤维,经高温灼烧后也得到了CuO、Fe2O3、TiO2和SiO2中空纤维,表明铜氨纤维可作为制备无机氧化物中空纤维的一般性基体。由于铜氨法已经工业化,本方法非常适合大规模制备无机中空纤维。本论文有效结合纤维素和无机纳米材料,利用再生纤维素制品以及纤维素铜氨溶液的自身特性,通过简单的方法制得多种纤维素复合材料以及具有特殊结构的无机材料。同时,表征了纤维素复合材料的结构、形貌和性能,研究了制备过程中涉及的过程和机理。所取得的结果将为基于纤维素的新型复合材料和无机材料的制备与应用提供新方法和新思路,具有重要的学术价值和应用前景。