图2. CNFP与多种工程材料热膨胀系数和比强度、比冲击韧性的Ashby图。(A)热膨胀系数和比强度Ashby图，表明CNFP具有优于传统合金、工程塑料和陶瓷的比强度和热膨胀系数。(B)热膨胀系数和比冲击韧性Ashby图，表明CNFP具有优于传统合金、工程塑料和陶瓷的比韧性和热膨胀系数。

研究结果表明，CNFP具有轻质高强韧的优异性能，其比强度和比冲击韧性分别达到了198 MPa/(Mg m-3)和67 kJ m-2/(Mg m-3)，均超越航空铝合金和钢，且其密度低至1.35 g cm-3，仅为钢的六分之一，铝合金的一半（图2）。研究人员发现，这种CNFP的

轻质高强韧主要来自材料微米级层状结构和纳米三维网络结构设计

，纤维素纳米纤维内部高度结晶可以提供极高的强度，纤维之间通过大量氢键等可逆相互作用网络进行结合，在外力作用下这种高密度的可逆相互作用网络可以迅速解离和重构，吸收大量能量，

使材料在具有高强度的同时实现高韧性，克服了传统结构材料难以兼具高强度与高韧性的问题。

CNFP还具有极高的尺度稳定性和抗热冲击性能。在-120C到150C的温度范围内，CNFP热膨胀系数低至（5 ppm K-1），即温度改变100C，尺寸变化在万分之五内，这远优于航空合金材料和工程塑料，仅为航空铝合金的五分之一，工程塑料的几十分之一，与陶瓷接近。另外，在120C和-196C之间进行反复剧烈热冲击循环测试下，CNFP力学性能与尺寸依然高度稳定。同时，CNFP由于纳米纤维的高结晶性和高化学稳定性，使其在极端条件下具有很好的服役能力。

此外，

CNFP还具有极高的抗冲击性能、高损伤容限以及高能量吸收性能。

分离式霍普金森压杆的超高速冲击实验结果表明，CNFP在28 m s-1的高速冲击下（相当于一辆高速行驶的汽车），表现出1600MPa的超高抗压强度，在0.07 ms内就可吸收高达387.5 MJ m-3的冲击能量。这主要是由于CNFP内在的三维纳米纤维网络在受到高速冲击时发生滑移，纳米纤维间的大量氢键发生迅速的解离和重构，可将冲击动能吸收并转化为热量，有望使其可以作为合金的替代品。