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航空航天、深海浮力材料、风力发电等高端复合材料领域中最核心的问题之一是如何在保持材料轻质的基础上增加其强度。添加具有密度低、强度高、在树脂中分散性好的空心玻璃微珠(HGB)可为一有效的解决方法。本文在自行设计的垂直高温成型炉中成功制备出密度小于1g/cm3、耐静压强度可控的HGB,且在此基础上以高强HGB为分散载体,利用具有β晶成核和表面改性双重效应的可溶性稀土化合物对其进行沉积改性,显著改善了聚丙烯/空心玻璃微珠(PP/HGB)复合材料的界面相容性与力学性能。此外,针对碳纳米管(CNTs)在树脂中难分散的问题,基于载体法先将CNTs接到HGB的表面使之成为“CNTs微球”,再与环氧树脂(EP)复合,可有效改善CNTs在EP中的分散,提高了复合材料的性能。采用溶胶-凝胶/炉法制备了质地均匀、密度大小可控为0.18～0.78g/cm3、最大耐静压强度达85.7MPa的微米级HGB。通过控制发泡剂含量、煅烧温度和煅烧时间调节HGB的空心结构和形貌,控制干凝胶粉末粒径调节HGB的粒径、密度、壁厚和耐静压强度;此外,在稀盐酸或钾、钠无机盐等催化剂的条件下,在正硅酸乙酯/正辛胺体系中,高效率制备出了粒径可控且具有高比表面积的微孔/介孔二氧化硅空心微米或纳米微球,通过调节分散剂吐温20的含量和超声波功率来控制微球的粒径,将所获得的微球在垂直高温成型炉中去除有机物、密实球壳获得HGB。HGB可明显提高PP的复合粘度η*、储能模量G’和损耗模量G″;采用稀土硝酸铈和硝酸钇表面改性HGB后明显改善复合材料的界面相容性,得到最佳质量浓度分别为1.2wt%和0.5wt%;两种稀土改性剂都可促进复合材料中β晶的形成,细化和均匀化晶粒,提高拉伸强度和缺口冲击强度,增加结晶温度、结晶焓和结晶度。以N,N-二甲基甲酰胺为介质,在一定的条件下基于载体法将两种不同长度的CNTs分别接到HGB的表面,再将其与EP复合,明显提高EP/HGB复合材料的力学性能和导电性能。通过控制反应温度、反应时间、HGB和CNTs的质量比等因素调节HGB表面上CNTs的量,进而控制复合材料的结构和性能,获得了高强、轻质同时导电性能明显改善的复合材料。