纤维素纳米晶（CNC）,作为一种具有高结晶度和高长径比的一维棒状纳米材料,因其力学性能优异、来源广、可再生、可降解等特点受到诸多关注。尤其是作为纳米增强剂在纳米复合材料中的应用。通过引入相对较低含量的CNC,材料的机械性能可以显著提高。然而,极性且亲水的CNC与非极性疏水基体之间却因极性和亲疏水性差异而不相容,导致CNC易在基体中出现团聚等问题,使力学性能提高甚微,甚至降低。而物理或者化学修饰CNC的方法则可有效的提高二者之间的相容性,另外可以通过在CNC表面接枝具有反应活性的功能基团使其与基体之间建立强化学作用,从而解决上述问题。杜仲胶（EUG）是一种典型的疏水天然高分子,它是天然橡胶的同分异构体,其分子结构式为反式聚异戊二烯。这种反式结构使分子链易呈线形且在室温下易结晶,因此只能作为硬质塑料使用。然而,EUG的分子间作用力、内聚能密度皆远不如传统石油基塑料。传统硫化方式虽然可以有效的抑制EUG的结晶,却因交联度难控制易导致材料韧性和强度折中问题;而采用纳米颗粒填充的方法虽可达到一定的补强效果,却因填充量高、颗粒多数源于石油基、颗粒易在基体中充当异相结晶成核点等问题限制了应用。通过CNC逾渗网络增强EUG是一种极具潜力的生物质塑料研发方法,但CNC易在基体中充当异相成核点,诱导EUG结晶,使EUG的韧性下降而限制其应用。因此,本论文通过对CNC进行化学改性,使其能与EUG中的双键进行化学耦合,增加CNC与EUG之间的界面相互作用,同时削弱纳米颗粒的异相成核效应。进而,本论文提出一种分子水平交联/颗粒逾渗双网络策略,使EUG基体中的CNC同时构建交联网络与逾渗网络,以实现EUG力学性能的同步提升。具体研究内容和结果如下:（1）以棉短绒为纤维素来源,采用硫酸水解法从中提取了棒状结构的纤维素纳米晶（cCNC）,并采用硅烷偶联的方法,在cCNC表面修饰了巯基功能基团（mcCNC）。基于巯基-乙烯基Click反应,设计了cCNC与EUG的分子水平交联网络,基于该交联网络的构建,破坏了EUG分子链的对称性从而阻碍了EUG的链段结晶,也抑制了cCNC的异相成核效应诱导EUG结晶,为EUG向弹性体的转变提供了可能。同时,借助cCNC自身形成的刚性逾渗网络确保了纳米复合材料在低填料填充含量下（逾渗阈值为4.7vol%）仍具有高的强度和模量。结果表明,添加了10wt%mcCNC,纳米复合材料的拉伸强度和韧性分别为16.2 MPa和500%,相比于EUG,其分别提高了2倍和2.5倍。同时,纳米复合材料的结晶度下降了22%。该结果也进一步证明,分子水平交联/颗粒逾渗双网络的存在,有效解决了传统化学交联方法难以均衡强度和韧性的矛盾。（2）在此基础上,通过调控cCNC表面巯基化程度,从分子水平上进一步讨论了交联网络的大小对所制备的纳米复合材料力学性能的影响。作者首先研究了巯基功能化修饰cCNC的化学工艺对其取代度的影响。结果表明,通过控制cCNC及3-巯丙基-3-甲氧基硅烷的计量比,可有效的控制巯基在cCNC表面的修饰度。基于此,将两种不同修饰度的mcCNC添加到EUG中制备了纳米复合膜。通过调控纤维素纳米晶的巯基化程度及填充量,分别从分子水平交联程度和逾渗网络构建两方面协同优化力学性能并实现了同步增强增韧。结果表明,由于较高修饰度的mcCNC表面具有更多的化学反应基团并与EUG建立分子水平的化学交联,因此所制备的纳米复合膜显示出更高的断裂伸长率,最高可达600%。（3）以海洋背囊动物为纤维素来源,获取了具有更高长径比（约80）的海鞘纤维素纳米晶（tCNC）,并成功的在其表面修饰了巯基（mtCNC）。基于分子水平交联/颗粒逾渗双网络协同作用,及颗粒长径比的变化对其逾渗阈值的影响,研究了具有低逾渗阈值的tCNC在达到颗粒逾渗增强的前提下是否可进一步降低对EUG分子链运动的阻碍效应,从而可以进一步提升其对纳米复合材料的同步增强增韧效果。结果表明,在颗粒与基体形成交联网络的前提下,因mtCNC具有更低的逾渗阈值（0.9 vol%）,更易通过自身的缠结形成逾渗网络。因此,当mtCNC在相对较低填充含量的情况下（5wt%）,纳米复合膜即显示出优异的力学性能,其断裂伸长率可达1000%。