微纳米空心微球因具有独特的形貌和结构备受关注,其独特的中空结构可以容纳其它材料,并且尺寸效应赋予其特殊的光、电、磁学性能,因而被广泛应用于众多领域。目前,高效、低成本且绿色环保的制备成分和形貌可控的微纳米空心微球成为了研究的热点。空心微球的制备方法主要分为模板法和无模板法,每种方法制备的空心微球均有其特定的应用背景,也都存在着不足。模板法对空心微球的形貌和大小控制较好,但工艺复杂且空心微球产率低。无模板法工艺简单,但是可控性差,制备的空心微球种类具有局限性。基于此情况,本论文首先用模板法制备氧化铝空心微球,然后着重研究了无模板法的制备工艺,提出了“快速溶胶-凝胶结合诱导自我转变”工艺制备了一系列氧化铝基微纳米空心微球。论文主要研究内容和成果概括如下:（1）以胶体炭球为模板,尿素为沉淀剂,无水乙醇和去离子水为混合溶剂,制备出粒度均一、单分散、且具有一定壳层厚度的氧化铝空心微球。尿素在60℃溶液中可以缓慢分解,使溶液呈碱性环境,在炭球对铝离子吸附和溶液碱性的双重作用下,铝离子在炭球表面沉淀,从而形成较厚的壳层。探究溶剂环境对空心微球形貌和孔结构的影响,结果显示无水乙醇可以降低溶液的极性,使铝离子更容易在炭球表面沉淀;然而过量的无水乙醇会阻碍尿素的分解,使尿素复分解反应无法进行,导致铝离子难以沉淀。在本实验条件下,最佳无水乙醇和水用量分别为120ml和40ml,此条件下氧化铝空心微球经600℃煅烧后比表面积为328.52m²/g。随着煅烧温度从600℃提高到1000℃和1100℃,氧化铝的晶型从γ-Al₂O₃到θ-Al₂O₃再到α-Al₂O₃转变,空心微球外壳由纳米颗粒堆积的粗糙表面转变成由片状堆积的光滑表面,导致部分介孔通道被堵,比表面积从600℃的328.52m²/g减小到1100℃的88.81m²/g。（2）首次采用“快速溶胶-凝胶结合诱导自我转变”工艺制备γ-AlOOH空心微球。制备的空心微球大小为2-3μm,具有长满毛刺的海胆状外壳,比表面积为316m²/g。通过溶剂环境对空心微球形成影响的研究,发现溶剂中水过量则溶胶-凝胶反应无法进行;无水乙醇过量则会导致反应瞬间完成,生成沉淀,无法在后续老化过程中得到空心微球。在本实验条件下,20mmol AlCl₃·6H₂O作为前驱体盐,最佳实验溶剂条件为6ml无水乙醇和4ml去离子水,即V_EtOH:V_H2O为3:2。通过研究环氧丙烷加入量对空心微球形成影响的研究,发现环氧丙烷加入量过少,则导致溶胶-凝胶反应时间长,形成的凝胶为透明状;环氧丙烷加入量过多,则导致溶胶-凝胶反应瞬间完成,生成了颗粒状沉淀,后续均无法得到空心结构微球。只有适量环氧丙烷才能使产物在后续老化过程中得到空心结构微球,本实验条件下,研究表明最佳环氧丙烷加入量为0.1mol。通过研究不同前驱体（即阴离子）对空心微球形成影响的影响,发现Cl^-离子既参与了开环反应,并且相对于NO₃^-有较强的亲核性能,在反应过程中可以通过结合金属阳离子进行协调作用,从而影响溶液中的金属阳离子的水解和聚合。γ-AlOOH空心微球在用作隔热保温涂料填料时,可以增加隔热保温涂料的隔热保温效果,本实验条件下,其最佳加入量为1.25g,即质量百分含量为7.4%。（3）研究发现氧化铝空心微球在高温区隔热材料应用中存在两点不足,首先氧化铝空心微球不能以一定强度块体形成存在,仅能以粉末形式存在,更不能作为支撑材料;其次在高温区因氧化铝晶型转变导致表面形貌发生改变,从而影响其隔热效果。采用“快速溶胶-凝胶结合诱导自我转变”工艺,成功制备了具有高温稳定性的Al₂O₃-SiO₂和Al₂O₃-ZrO₂空心微球。Al₂O₃-SiO₂空心微球可以作为具有一定强度的块体材料呈现,通过与泡沫陶瓷和聚酯纤维过滤网复合,制备成具有支撑作用的泡沫陶瓷基空心微球复合材料和具有韧性作用的聚酯纤维过滤网基空心微球复合材料,其热导率分别为0.12W/m·K和0.04W/m·K。Al₂O₃-SiO₂空心微球作为填料应用在水性防火涂料上,可以大大提高其防火性能,本实验条件下,最佳添加量为1.5g,即加入的质量分数为6.5%,所制备的防火涂料可以保护0.6mm钢板在900℃作用下,背面温度持续在125℃左右,经过2h测试钢板无内凹。将空心微球进行改性研究,发现Al₂O₃-SiO₂复合空心微球经过二甲基三乙基硅烷可以改性为疏水性空心微球,接触角为120°。（4）采用“快速溶胶-凝胶结合诱导自我转变”工艺,成功制备了SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺空心微球发光材料,研究发现在1050℃温度煅烧条件下,SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺空心微球既可以保持空心结构又具有良好的余辉性能。通过加入不同量的H₃BO₃探究其对空心微球孔结构和余辉性能的影响,研究发现H₃BO₃最佳的加入量为0.02g,最佳煅烧温度为950℃。H₃BO₃的加入使得最佳煅烧温度下降了100℃,余辉时间和初始亮度分别提高了一倍,在实验测试样为0.2g的情况下分别为32min和0.31cd/m²。拓展了“快速溶胶-凝胶结合诱导自我转变”制备工艺,成功制备了Al₂O₃:Eu³⁺光致发光材料,紫外照射下发出强烈的红光。研究发现在600℃煅烧后,Al₂O₃:Eu³⁺不仅具有完整的空心结构,较大的比表面积还具有较强的发光强度。（5）提出了“快速溶胶-凝胶结合诱导自我转变”机制,空心微球形成过程主要分为两步,第一步是环氧丙烷驱动快速溶胶-凝胶,在一定的外部环境下,溶胶-凝胶过程在几秒钟时间内完成,其生成物为实心球形颗粒;第二步是通过在一定条件下老化完成空心化转变过程。此制备工艺为其它无机空心微球的制备提供了新思路和途径。