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气凝胶因其密度低、比表面积大、孔隙率高等一系列特点而受到广泛的关注,目前气凝胶的材质非常丰富,包括金属、高分子、无机氧化物以及碳材料等。其中,碳材料优异的导电、导热特性使碳气凝胶在超级电容器、电磁屏蔽、相变储能等领域有巨大的应用潜力。但是气凝胶的微孔结构具有非常高的表面能和毛细管压力,极易引起孔道塌陷,这极大地限制了其实际应用。对碳气凝胶的制备和结构调控,探究碳气凝胶的结构对性能的影响是目前研究的热点。本论文从碳气凝胶的结构出发,制备了一系列具有多功能高性能的碳气凝胶复合物,并探究了其结构与性能之间的关系,探讨其在有机相变材料、防火隔热材料等方面的应用。具体的研究内容如下:利用生物基炭气凝胶的高热导和吸附性能,应用到有机相变材料领域,可以有效地解决有机相变材料低导热、易泄露的问题。本论文通过高温裂解多肉植物制成的炭气凝胶,完美地保留了多肉叶的细胞组织,包括球状的海绵细胞、致密均匀的表皮细胞以及排列规整紧密的栅栏细胞,这些特殊的细胞结构赋予了相变材料优异的防漏性能,即使在80的烘箱内加热5小时,相变材料的质量损失率仅为1.3%。另外,三维的炭气凝胶不仅可以成为有机基体内的连续导热网络,提高复合相变材料的导热率(由0.248 W m-1 K-1提高到0.427 W m-1 K-1);而且炭气凝胶还充当了有效的光子捕获器和分子加热器,进而显着地提高了复合相变材料的光-热转换效率（由62%提高到82%）。为了解决石墨烯气凝胶孔洞易坍塌的问题,本论文利用高分材料韧性好的特点,通过模板法构筑多重网络结构,以二维氧化石墨烯纳米片层之间的组装交叠形成第一重网络,氧化石墨烯与壳聚糖在界面交联形成的界面结构为第二重网络,CS自身的交联为第三重网络,得到轻质可压缩的壳聚糖/氧化石墨烯复合气凝胶。研究发现:第一重网络丰富发达的孔洞结构赋予了材料轻质低密度的特性;多重网络结构的构筑,使材料具有良好的回弹性;高分子与氧化石墨烯在界面上的交联,使杂化气凝胶的压缩强度由10.02 k Pa提高到99.83 k Pa,弹性模量由19.75 k Pa增加至244.66 k Pa。将气凝胶应用到保温隔热领域,为了应对复杂的实际环境,要求气凝胶不仅具有低导热率,还需拥有高强度和阻燃性。针对研发低热导阻燃石墨烯气凝胶的重大需求,本文将硅烷偶联剂改性锂皂石与二维纳米粒子氧化石墨烯（GO）复合,构筑以两种纳米粒子相互交联及交叠形成的三维网络结构。利用三维网络结构、纳米粒子交联形成的界面结构和锂皂石的阻燃性赋予复合气凝胶低导热率(低至23 m W m-1 K-1)、高强度（压缩强度由2 k Pa增加至15.11 k Pa）、阻燃性。系统调控杂化气凝胶的三维网络结构、界面结构和孔隙结构,揭示网络结构、界面结构和孔隙结构对导热率的影响。获得一类高性能的新型防火保温材料。