细谈纳米晶纤维素手性向列型液晶相结构的形成、调控及应用
纳米纤维素结构
纳米纤维素结构
纳米纤维素是纤维素的纳米结构，是由纤维素分子组成的纳米晶体。
纤维素是一种天然聚合物，它是植物细胞壁的主要成分，也存在于一些藻类和真菌中。
纤维素是由葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性多糖。
纳米纤维素的结构可以简单描述如下：
1. 分子结构：纳米纤维素由许多纤维素分子组成，每个纤维素分子是由许多葡萄糖分子连接而成。
葡萄糖分子之间通过β-1,4-糖苷键连接成线性链状结构。
2. 微观结构：纤维素分子可以自组装形成纤维状的纳米晶体。
这些纳米晶体具有纤维状的形态，通常呈现出直径约为数十纳米，长度可达数百纳米的纤维状结构。
3. 结晶结构：纳米纤维素的晶体结构是由多个纤维素分子通过氢键相互作用形成的。
这种结晶结构赋予纳米纤维素良好的力学性能和稳定性。
4. 纳米级细节：纳米纤维素的纤维形态使得其比表面积非常大，这意味着在相对较小的质量下，具有大量可用表面。
这些特性赋予纳米纤维素许多独特的特性和潜在应用。
纳米纤维素由于其独特的结构和性质，在生物医学、纳米技术、材料科学等领域有着广泛的应用。
它可以用于制备纳米纤维素膜、纳米纤维素凝胶、纳米纤维素纤维等材料，用于药物传递、组织工程、纳米复合材料等应用。
纤维素纳米晶构建三维结构
纤维素纳米晶构建三维结构
纤维素纳米晶是一种具有微米级尺寸的纤维素纳米颗粒，它们可以被用来构建三维结构。
这种材料具有很高的强度和刚度，同时还具有良好的生物相容性和可降解性。
在构建三维结构时，纤维素纳米晶可以被组装成不同形状和大小的结构。
例如，可以将纳米晶组装成具有高度有序的微米级孔隙结构的薄膜，这种结构可以用于分离和过滤物质。
此外，纤维素纳米晶还可以被组装成具有复杂形状的结构，如管道、纤维和片状结构，这些结构可以用于构建微型传感器、光学器件和电子器件等。
纤维素纳米晶的组装方法多种多样，其中一种常用的方法是利用静电相互作用将纳米晶吸附在基底上，然后通过控制纳米晶的排列方式和密度来构建所需的结构。
此外，还可以利用纳米颗粒之间的相互作用力来组装纤维素纳米晶，例如通过调节溶剂的性质和浓度来控制纳米颗粒的聚集行为。
纤维素纳米晶构建的三维结构具有许多优异的性能。
首先，纳米晶的高强度和刚度使得构建的结构具有良好的力学性能，可以承受较大的载荷。
其次，纤维素纳米晶具有良好的生物相容性，可以在生物体内进行应用，例如用于组织工程和药物传递等领域。
此外，纤维素纳米晶可以通过调整其组装方式和结构来调控其光学、电学和磁学性能，从而实现多种应用。
纤维素纳米晶的三维结构构建具有广泛的应用前景。
通过合理设计和控制纳米晶的组装方式和结构，可以制备出具有特定功能和性能的纳米材料。
这将为材料科学和纳米技术领域的发展带来新的机遇和挑战，推动科学研究和技术创新的进一步发展。
流动场下纤维素纳米晶自组装机制研究及其功能复合材料的构筑
流动场下纤维素纳米晶自组装机制研究及其功能复合材料的构筑我们之前的研究工作证实了真空辅助过滤的方法(VASA)可以用于制备大面积高取向的CNC彩色膜。
与传统的溶剂挥发方法(EISA)相比,过滤法耗时短,所制备的膜颜色更均一。
然而,过滤过程中纳米晶自组装形成有序结构的动力学机制还未加以阐释。
通过研究真空过滤辅助自组装分阶段制备的样品,我们发现在真空过滤形成的流动场下,纤维素纳米晶只是在悬浮液和滤膜的界面处发生富集凝胶化,这层凝胶干燥后形成彩色固体膜。
改变过滤时间制备的纤维素纳米晶膜均具有彩虹色,且随着过滤时间的延长,膜的厚度逐渐增加。
膜样品的紫外光谱数据分析表明,不同过滤阶段所制备的膜对紫外可见光都表现出“消光”性;SEM分析结果表明纤维素纳米晶颗粒在膜中聚集成螺旋层状结构。
对不同过滤阶段上层悬浮液的纳米晶颗粒用DLS测试了纳米晶粒径分布,紫外光谱测试分析比较了颗粒浓度的变化,AFM方法监测了颗粒形貌尺寸的整体变化。
结果表明在真空抽滤过程中,上层悬浮液的浓度保持恒定,在纳米晶自组装过程中,多分散性的纳米晶颗粒也没有发生颗粒的分级沉降。
因此,宏观上真空过滤辅助自组装过程中,纤维素纳米晶彩色膜的形成是一个序列沉积自组装的过程,期间上层纳米晶悬浮液的浓度和颗粒大小分布没有发生变化。
胆甾相CNC彩色膜的颜色是一种结构色,这种结构色不能够被复制,也不会有光漂白的缺陷,在光学防伪技术方面有潜在的应用价值。
然而纯粹的CNC彩色膜具有硬脆性而难以加工处理。
另一方面,为了发挥CNC膜用作防伪材料使用时的优势,通过调控其液晶结构来调控膜的颜色十分重要,但目前制备颜色可调控的柔性CNC彩色膜的方法尚待开发。
我们采用真空辅助渗透的方法,将一种可以溶解纤维素的离子液体和水的混合溶液穿过预制的纤维素纳米晶彩色膜,使少量离子液体均匀附着在纤维素纳米晶颗粒的表面,起到增塑剂的作用以改善纤维素纳米晶彩色膜的硬脆性。
通过改变混合溶液中离子液体的百分含量,制备了一系列离子液体增塑的彩色膜。
纤维素纳米晶和纳米晶纤维素 -回复
纤维素纳米晶和纳米晶纤维素-回复纤维素纳米晶和纳米晶纤维素：从原理到应用引言：纤维素是一种广泛存在于植物细胞壁中的聚合物，具有众多优异的性质和应用潜力。
而纤维素纳米晶和纳米晶纤维素则是纤维素领域的两个重要研究方向。
本文将介绍纤维素纳米晶和纳米晶纤维素的定义、制备方法、性质以及在材料科学和生物医学领域的应用。
正文：一、纤维素纳米晶的定义及制备方法纤维素纳米晶是一种由纤维素分子组成的晶格结构。
它具有纳米级直径和微米级长度尺寸，具有高稳定性和可控性的物理性质。
制备纤维素纳米晶的方法主要有酸水解和机械研磨两种。
1. 酸水解法：这种方法中，纤维素首先暴露在强酸或混酸中，促使纤维素晶丝的结构解体为纳米尺寸的晶胞。
接着通过离心或过滤等手段将纳米晶分离出来，最后通过洗涤和干燥等步骤得到纯净的纤维素纳米晶。
2. 机械研磨法：这种方法利用高压研磨机械将纤维素样品破碎为纳米级颗粒。
通过调节研磨过程中的参数，如时间和速度，可以得到具有一定尺寸和分散性的纤维素纳米晶。
二、纳米晶纤维素的定义及制备方法纳米晶纤维素是指由纳米晶组成的纤维素结构。
尽管纳米晶颗粒之间可能存在一定的粘结力，但整体结构依然具有纤维状的形态。
纳米晶纤维素的制备主要包括两步骤：纤维素纳米晶的制备和纳米晶之间的互相连接。
1. 纤维素纳米晶的制备：可以使用上述的酸水解和机械研磨等方法制备纤维素纳米晶。
2. 纳米晶之间的互相连接：一种常见的方法是将纤维素纳米晶分散在溶剂中，然后通过加热或其他方法使得纳米晶颗粒之间发生互相结合，形成纳米晶纤维素网络。
三、纤维素纳米晶和纳米晶纤维素的性质1. 纤维素纳米晶：具有高度结晶的结构，表面具有大量的羟基官能团，具有优异的机械强度、热稳定性和可再生性。
2. 纳米晶纤维素：相比于纤维素纳米晶，纳米晶纤维素具有更高的比表面积和质量比，同时还保持了纤维的特性。
这使得纳米晶纤维素具有更多潜在应用领域。
两者共同的性质包括高度吸附性、可生物降解性和可修饰性等，这些性质使得纤维素纳米晶和纳米晶纤维素在材料科学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
2.1纤维素纳米晶的制备及其结构X射线衍射表征
2.1纤维素纳米晶的制备及其结构X射线衍射表征【实验导读】纤维素是由纤维素二糖(cellobiose)重复单元通过β-(1?4)-D-糖苷键连接而成的线型天然高分子,结构如下：纤维素的分子结构依靠分子内和分子间的氢键及范德华力形成具有高结晶度的纤维(fibrous)结构。
它在不同条件下处理后可形成不同晶型，是一种同质多晶物质。
根据来源和预处理的差别则有着不同的晶型、形状、结构、粒径尺寸等。
纤维素在生物合成过程中，纤维素分子链聚集形成尺寸在2～20 nm范围内的纤维素纳米晶。
如棉花的纤维素纳米晶长度为70～170nm、宽度为7nm；微晶纤维素的长度为35～265nm、宽度为3～48nm。
苎麻的纤维素纳米晶长度为50～150nm、宽度为5～10nm。
纤维素有5种不同的晶型，即纤维素I、纤维素II、纤维素III、纤维素IV 和纤维素V。
天然纤维素主要是纤维素I的同质异晶混合物：三斜晶胞I a和单斜晶胞Iß，两种晶型的比例主要取决于原料的来源。
如动物纤维素（tunicin）是纯Iß，棉麻等植物的纤维素晶体30%为I a，70% 为Iß。
表2-1列出不同纤维素晶体的X射线衍射（XRD）峰值对应的衍射角。
纤维素纳米晶具有优良的生物相容性、高结晶度、高模量、高强度和高透明性等特征和性能，目前已经应用于生物医药、化妆品、液晶、增强复合材料等领域。
表2-1 不同纤维素晶体的X射线衍射角衍射角2θ, 度晶型110 110 020 012Cellulose I 14.8 16.3 22.6 －Cellulose II 12.1 19.8 22.0 －Cellulose III I 11.7 20.7 20.7 －Cellulose III II12.1 20.6 20.6 －Cellulose IV I 15.6 15.6 22.2 －Cellulose IV II 15.6 15.6 22.5 20.2【实验意义及原理】1．纤维素水解纤维素在酸的作用下会发生水解，降解成低分子量的产物。
纳米纤维素材料的特征与应用综述
纳米纤维素材料的特征与应用综述摘要纤维素是最丰富的天然高分子，因其具有可再生可降解的特性被受到广泛关注，由于尺寸效应，纳米纤维素具有多种特殊的物理化学性质。
本文旨在对纳米纤维素的分类和应用等方面进行综述。
关键词：纳米纤维素；静电纺丝；酸水解；纳米复合材料目前，由于使用常规的石油基聚合物产品已经产生了生态威胁，如全球气候变暖和塑料污染等，因此，可再生和可生物降解材料正受到科学界和工业界的广泛关注。
纤维素主要由植物的光合作用合成，是最丰富的天然聚合物，并已经被用于为这些问题提出合理的解决方案。
纳米纤维素是指有一维尺寸小于或等于100 nm的不同类型的纤维素纳米材料，具有高比表面积、高强度、轻质、价格低廉、良好的生物相容性和超精细结构等优点。
纳米纤维素的种类有很多，按照晶型可以分成四种：纤维素Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ型[1]。
纤维素Ⅰ又叫原生纤维素，它在自然界中形成具有Ⅰα和Ⅰβ两个同质异晶体。
纤维素Ⅱ又称再生纤维素，它是再塑晶体或者经过氢氧化钠碱化后出现的晶体，具有最稳定的晶体结构。
按照提取方法可将纳米纤维素分为微纤化纤维素（MFC）和纳米纤维素晶体（CNC），微纤化纤维素是以机械方式制备得到的纳米纤维素，而纳米纤维素晶体是通过酸水解或酶解的方法得到的。
纳米纤维素超分子以其形貌划分，主要包括纳米纤维素晶体和纳米纤维素复合物。
强酸水解细菌、植物、动物纤维素和微晶纤维素可制备纳米纤维素晶体（晶须），这种晶体长度为10 nm – 1 μm，而横截面尺寸有 5 nm - 20 nm，长度与横截面尺寸的比为1-100，比表面积约为150 m2/g；将纤维素与复合的另一材料混合，加入适宜的纤维素化学溶剂，通过溶剂浇铸后真空或者常压下挥发掉溶剂、冷冻干燥、热压法或者挤压法可获得在一维尺寸上为1-100 nm 的纤维素的复合物。
纳米纤维素的制备方法包括机械法、化学法、酶催化法和静电纺丝法[2]。
通过以上方法制备的最为典型的纳米纤维素有纤维素纳米纤维（CNF S）、纤维素纳米晶体（CNC S）和细菌纤维素（BNC）。
手性液晶材料的研究进展
手性液晶材料的研究进展龚浩天051002207摘要：介绍了手性液晶的发展过程，阐述了手性液晶的结构、分类与应用研究的现状，着重讨论了手性液晶结构及性能的关系并在显示用液晶材料中的重要作用及应用，并对手性液晶的发展前景做了展望。
关键词：手性添加剂；分子间氢键手性液晶；手性液晶聚合物；手性液晶弹性体1 引言手性液晶高分子是指带有手性中心的液晶高分子，是目前液晶研究领域的热点之一。
手性液晶高分子的特征是液晶基元分子结构中含有不对称手性中心的碳原子(常以“C*”表示)，分子本身不具有镜像对称性。
这类液晶的分子因手性中心的存在而形成螺旋结构，这些螺旋结构使手性液晶高分子具有许多一般液晶高分子所不具有的光学性质，如旋光性、偏振光的选择反射和圆二色性等。
手性液晶高分子的液晶类型一般为胆甾相或近晶相。
这类液晶因其独特的光学、电学性质而日益受到广泛的重视[34~43]。
早在1922年，法国化学家Friedel就发现了光学活性物质可以诱导向列相液晶转变为胆甾相液晶。
而胆甾醇的酯类衍生物是最早出现的手性液晶，被作为手性添加剂在向列相液晶显示材料中使用。
直到2O世纪70年代中期，新的手性添加剂(CB15)才被英国Hul大学Gray等合成出来。
就在同一时期，德国Meyer等研究并报道了手性液晶具有铁电性能。
此后，国内外学者对于含有手性基团的小分子液晶化合物的研究兴趣日益活跃起来，目前已经合成了许多具有胆甾相(Ch)或手性近晶c相(Sc*)的液晶化合物，并对它们的性能及应用进行了深入研究。
而对手性液晶高分子及手性液晶弹性体的研究就是在此背景下开始的具有优良的电学及光学特性的小分子手性液晶化合物经过高分子化后，将为手性液晶材料开创一个更广阔的应用空间。
2 液晶的结构研究发现液晶类物质具有其特有的分子结构。
一般认为要呈现液晶相，该化合物的分子结构必须满足下述要求：(1) 从几何形状来看，液晶分子应具有明显的各向相异性。
液晶分子的几何形状应是各向相异的，分子的长径比(L/D)必须大于4。
纳米纤维素的制备及应用研究进展
直径 ５ ～ ７０ ｎｍ，
长度 １００ ～ ２５０ ｎｍ
低分子量糖，醇类
细菌合成
直径 ２０ ～ １００ ｎｍ
纤维素微纤丝（ ＭＦＣ）
１ 纳米纤维素的制备方法
径 １０ ～ ３０ ｎｍ、长度 ５０ ～ ２００ ｎｍ 的棒状纳米纤维素
素无定形区分子排列松散，从天然纤维素中提取分
纳米纤维素的最优工艺条件为：反应时间 ２０４ ｍｉｎ、
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ； ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ； ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ；广义上是指至少有一维空间尺
（ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ， ＣＮＰ） 等 ［１］ 。 按照纳米纤维
纤 维 素 纳 米 晶 体 （ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ， ＣＮＣｓ；
理，或是将用于制备纳米纤维素的纤维原料进行羧
低；磷酸对纤维素的溶解能力强，溶解速度快，不易
物理、化学或者酶处理的方法对纤维原料进行预处
甲基化预处理
［１２］
，在纤维表面引入电荷，然后再进
纳米纤维素对纤维素降解损伤小，操作简单，成本
因反应 时 间 过 长 而 导 致 纤 维 素 的 过 度 降 解。 欧
度、高结晶性、高比表面积、高抗张强度等特性，能够明显改善材料的光、电、磁等性能，在复合材料、精细化工、医
药载体、药物缓释等领域具有广阔的应用前景。 进一步对纳米纤维素的结构进行调控，在纳米尺度操控纤维素
超分子聚集体，进行结构设计并组装出稳定的功能性纤维素基纳米材料，即可以纤维素为原料构建具有优异性
能的生物质材料，这也正是目前生物质材料和纤维素科学领域的研究热点。 概括了目前纳米纤维素的主要制备
素主要分为 ３ 种类别，如表 １ 所示。 如果在分子水
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这种纳米尺度效应使其具有优越的力学性能以及超分子效应，同时结合其可降解和生物相容性的特点使其在制备高性能复合材料、组织工程、生物分子传感器、生物学矿化模板等领域引起了广泛的关注。
目前，NCC 在超分子水平上结合其特有的结构单元，采用自组装的方法制备出稳定的具有优异特性的新型纳米材料已成为该领域的研究热点。
NCC 在一定浓度的水溶液状态下，能够形成一种介于液体和晶态之间的有序液晶相，称为溶致手性向列型液晶相，也称为胆甾型溶致液晶相。
自Marchessault 等于1959 年在Nature 上发表了NCC 悬浮液存在双折射现象以来，这种既能够显示溶致型液晶相，又显示热致型液晶相的手性向列型液晶相结构受到了越来越多的关注。
NCC 的手性向列型液晶相结构可用于制备高强度、高模量和具有特殊光学性质的薄膜材料，也可以作为一种优良的模板制备含手性结构的多孔纳米材料，在手性催化、手性分离、催化剂载体以及传感器等领域具有潜在的应用价值。
近年来，NCC 手性结构的调控和NCC 基手性材料的研制、应用备受关注。
本文综述了NCC 手性向列型液晶相结构的形成机理、调控方法及应用研究进展，以期对手性材料的研制和其应用领域的拓展有一定促进作用。
2 NCC 手性向列型液晶相的形成机制及特征2. 1 NCC 手性向列型液晶相的形成机制高分子液晶是在一定条件下能以液晶态存在的高分子化合物，其特点是具有较高的分子量和液态下分子的取向有序及位置有序。
液晶高分子的特征有序性，将赋予材料特有的光学性质、机械性能和良好加工性。
依据液晶高分子在空间排列的有序性不同，液晶高分子可分为向列型、近晶型、胆甾型三种不同的结构类型。
具有超分子效应的NCC 也具备形成有序液晶相的条件，在发现纤维素悬浮液能够形成液晶相的几十年后，Revol 等才发现纤维素可以形成稳定的溶致手性向列型液晶相结构。
硫酸水解得到的NCC 表面带有少量电荷，颗粒之间因表面电荷产生的静电斥力以及其他分子间作用力导致棒状NCC 能够稳定地分散于水溶液中。
在水相体系中，受静电斥力等分子间作用力的影响，棒状NCC 进行自组装排列，当浓度达到某一临界值时可以形成一种介于液体和晶态之间的手性向列型有序液晶相，并且分子间形成不可逆的氢键使得有序液晶相能够稳定存在，此时的浓度称为相分离的临界浓度。
关于NCC 手性向列型液晶相形成的原因有两种解释: ( 1) 颗粒的几何螺旋扭转; ( 2)表面电荷的螺旋分布。
Araki 等用既能够形成向列型液晶相又能形成手性向列型液晶相的细菌纤维素作为研究对象，通过一系列研究表明颗粒的几何螺旋扭转是形成手性向列型液晶相结构的起因。
溶致型液晶相的形成过程中存在两个临界浓度，分别为各向异性相析出浓度Ca和各向异性相转变完成浓度Ci。
当溶液浓度大于Ca时，各向异性的液晶相开始出现; 当溶液浓度介于Ca和Ci之间时，各向异性的液晶相和各向同性相共存，即相分离，相分离的出现也就意味着液晶相的出现。
当溶液浓度大于另一临界浓度Ci后，溶液形成单一的各向异性相，Mu 等通过向NCC 溶液中加入D-( + ) -葡糖糖的实验研究了NCC 悬浮液中手性向列型液晶相形成的过程，研究者将蒸发过程中NCC悬浮液的相转变过程分为两个阶段，即两相共存和各向异性相的转变完成，而低浓度时各向同性相中水分的蒸发不做单独探讨。
NCC 悬浮液蒸发过程中相分离以及手性结构的变化。
研究者将NCC 悬浮液蒸发自组装过程分为三个阶段，分别为各向同性相中水分的蒸发阶段、两相共存阶段和各向异性相的转变完成阶段。
在第三个阶段中，NCC 浓度随着水分的继续蒸发而不断增加，有序排列更加紧密导致手性结构的螺距不断减小; 当各向异性的玻璃态体系中水分的含量低于4wt%时，棒状NCC 不再进行组装排列运动，手性结构的螺距变化不大，形成了具有手性结构的纤维素固体薄膜。
2. 2 NCC 手性向列型液晶相的结构特征NCC 与其他的纤维素材料具有相同的化学结构，主要构成仍是醚键、碳-碳键、碳-氢键、羟基等，但NCC 的光学性质与其他纤维素材料有很大的差异，主要体现在两个方面: ( 1) 各向异性和双折射效应; ( 2) 液晶性。
具有各向异性相的NCC 悬浮液在偏光显微镜( POM) 视野中可观察到平面织构或指纹织构。
平面织构中，NCC 排列形成的螺旋轴垂直于基片，大分子链所在的分子层则与它平行，POM 视野中可观察到双折射特征。
指纹织构中，NCC 排列形成的螺旋轴平行于基片，大分子链所在的分子层则与它垂直，POM 视野中可观察到明暗相间的指纹织构，指纹织构的出现是材料具有手性结构的重要判据。
对于NCC 液晶相虹彩特征的解释，存在两种理论: ( 1) 布拉格反射; ( 2) 双折射。
研究者常用布拉格反射来解释NCC 液晶的虹彩性质，指出棒状NCC自组装形成的特殊织构由于布拉格反射会出现虹彩特征。
根据布拉格公式: λ = n Psinφ，λ 为反射光波长，φ 为入射角，n 为平均折射率，P 为螺距，研究者认为随着入射角、螺距和折射率的变化会反射在可见光范围内的不同波长的光，因此呈现出不同的颜色变化。
近年来，Majoinen 等对NCC 手性薄膜的虹彩性质研究给予另外一种解释，认为这种特殊的光学性质源于NCC 薄膜中手性结构对光的干扰产生的双折射特性。
一定条件下NCC 形成的固体手性薄膜具有明显的虹彩性质，但其手性结构的螺距一般介于1 ～2 μm 之间，该值大于可见光的反射波长( 400 ～800 nm) ，而NCC 悬浮液的液晶性与双折射性质有关，当溶液浓度达到溶致型液晶浓度时，NCC 的定向排列会产生肉眼可见的双折射现象，并且这种各向异性的双折射现象在较厚的膜中表现更明显。
具有手性向列型液晶相结构的NCC 胶状溶液经缓慢蒸发后形成透明的固体薄膜，在这种固体薄膜中NCC 手性向列螺旋结构得以保留，在高倍扫描电子显微镜( SEM) 视野下，可观察到棒状NCC 有序排列成有序多层状，形成长程特定左旋手性结构，其圆二色谱( CD) 呈现强的左旋信号，选择性反射左旋偏振光。
3 NCC 手性向列型液晶相的调控在NCC 手性结构的调控中，手性向列型液晶相形成的临界浓度和手性结构的螺距是两个重要参数，高度依赖于NCC 的结构、性质以及环境条件。
3. 1 NCC 性质采用硫酸水解法制备NCC，得到的棒状NCC 表面带有少量电荷，具有聚电解质性质。
一定浓度的NCC 悬浮液在无任何外界条件干扰下可自组装形成手性向列型液晶相结构，其临界浓度和螺距在很大程度上取决于颗粒的性质，如NCC 的长径比、表面电荷等。
美国物理学家Onsager 最先分析了高度非等轴颗粒的相分离，认为对于电中性长为L、直径为D 的刚棒状颗粒而言，有序相形成的临界浓度仅取决于棒状颗粒的长径比，即L /D。
研究表明: 对于有效直径较小、单分散性较好的NCC 而言，在水分挥发浓度增加的过程中其各向异性相析出越慢，即手性向列型液晶相形成的临界浓度越高。
Stroobants，Lekkerkerker和Odijk ( SLO) 等在此基础上又提出了带电棒状颗粒的相分离理论，引入了两个因素: 由静电排斥产生的扭转因素和有效直径。
认为棒状颗粒的有效直径会改变自由能，而静电排斥作用影响颗粒在垂直方向上的取向，被度量成扭转因素。
通常情况下，制备条件对NCC 性质起决定作用，因此可通过对水解条件的调控得到所需NCC 溶液，从而控制手性向列液晶相的临界浓度和结构。
Bai 等采用一种特殊的离心技术成功制得尺寸分布较窄的棒状NCC，Lima 等利用梯度超速离心法实现了被囊动物纤维素棒状颗粒的分级。
Beck 等采用酸水解的方法制备NCC 溶液，研究了水解时间和酸质比对NCC 性质的影响，得出结论: 增加水解时间和酸质比，NCC 尺寸变短，手性向列型液晶相析出的临界浓度增加，双相范围较窄。
3. 2 离子强度经硫酸水解后的NCC 颗粒因为表面硫酸酯基的作用通常带有负电荷，在纯净的NCC 水相体系中，悬浮液的离子强度取决于NCC 表面电荷量。
NCC 表面电荷随硫酸酯基的水解逐渐降低导致悬浮液的离子强度增加，对体系的稳定性、分散性以及液晶相有着重要的影响。
在NCC 水相体系中添加电解质能够改变其离子强度，从而实现对NCC 手性向列型液晶相临界浓度和螺距的控制。
Revol 等>研究表明，在NCC 溶液中添加电解质，对NCC 表面的硫酸酯基团产生的负电荷起屏蔽作用，导致颗粒之间的静电斥力减小，从而导致手性结构的螺距减小，光学性质出现蓝移现象。
Dong 等研究发现酸水解制得的NCC 悬浮液的液晶相与NCC 性质和外加电解质( HCl、NaCl、KCl) 浓度有关。
当NCC 悬浮液浓度或离子强度增加时，共存的两相浓度都增加，但是各向异性相中手性向列型液晶相结构的螺距减小。
该研究者又系统地分析了一价无机反离子( H +、Na +、K +、Cs + ) 、弱有机反离子、强有机反离子对相分离的影响。
实验结果表明: 一价无机反离子相分离的趋势大小为SH> S-Na > S-K > S-Cs，一价弱有机反离子相分离趋势为S-NH4 > S-Tri-MA > S-Tri-EA; 对于一价强有机反离子，相分离的趋势会随着有机链的增长而降低，趋势大小为S-TMA > S-TEA ≌S-TBA > STPA。
研究还表明，二价反离子Ca2 +、Ba2 + 等对相分离的影响比一价离子更加敏感。
Edgar 等和Beck 等在研究NCC 薄膜手性结构的调控过程中，分别向NCC 手性向列型液晶相体系中添加电解质来改变手性结构的螺距，控制薄膜的光学性质向长波或者短波方向移动，并且实验数据表明，随着电解质浓度的增大，NCC 悬浮液的离子强度增加，薄膜中手性结构的螺距呈减小的趋势。
3. 3 超声辅助超声波所产生的“空化效应”被广泛用于物理和化学体系中。
其作用机理是在液相状态下，由于超声作用产生气泡，气泡生长变大并发生内爆破，从而加速化学反应的速度。
目前，超声波在制备NCC 的过程中，大多是用于辅助改善酸水解制备NCC 后悬浮液的分散性。
Beck 等发现对NCC 胶状溶液进行超声处理能够改变手性向列型液晶相结构的螺距，使得干燥后NCC 薄膜的反射波长向长波方向移动。