综述：纳米填料对天然纤维增强复合材料性能的影响研究

这篇综述系统探讨了纳米填料（nanofillers）在天然纤维增强复合材料（NFRCs）中的应用，重点分析了碳基（CNTs、石墨烯）、金属/金属氧化物（TiO2、ZnO）、陶瓷基（SiO2、Al2O3）和聚合物基纳米材料对机械强度、热稳定性及抗菌性能的提升机制，并总结了3D打印、原位聚合等关键技术挑战与工业应用前景。

　　

引言

随着环保需求升级，天然纤维增强复合材料（NFRCs）因其可再生、可降解特性成为合成材料的绿色替代品。然而，其机械强度低、吸湿性强、UV耐受性差等缺陷限制了工业应用。通过引入纳米填料（nanofillers），可显著提升NFRCs的综合性能，拓展其在汽车、航空航天等高价值领域的应用潜力。

纳米填料类型与功能

碳基纳米材料：碳纳米管（CNTs）和石墨烯通过增强聚合物基体负载传递效率，使复合材料拉伸强度提升30%-50%。金属氧化物：TiO₂和ZnO纳米颗粒不仅改善UV稳定性，还赋予抗菌性，适用于食品包装。陶瓷基填料：SiO₂和Al₂O₃通过填充纤维孔隙，降低水分渗透率达60%。

关键技术挑战

分散均匀性：纳米填料易因范德华力团聚，需通过超声处理或硅烷偶联剂（silane coupling agents）改性实现均匀分布。界面结合：马来酸酐接枝（maleic anhydride grafting）可强化纤维-基质粘附力，减少应力集中。

应用场景

食品包装：ZnO纳米颗粒的抗菌性可抑制大肠杆菌生长，延长货架期。汽车部件：添加1wt%石墨烯的麻纤维/聚丙烯复合材料，冲击强度提高25%。生物医学：壳聚糖纳米纤维增强的复合材料展现出优异的细胞相容性。

未来方向

开发低成本、可规模化的纳米填料分散技术，并探索天然纤维-纳米填料协同效应机制，将是推动NFRCs走向高端应用的关键。