气凝胶是迄今世界上密度最低、隔热性能最好的固体材料,被广泛用于环境、能源、航天航空、石油、运输等领域。氧化硅气凝胶是气凝胶家族中的杰出代表,综合性能最优、价格最便宜、也是首次出现和首先商业化的一种气凝胶。这得益于常压干燥制备技术法发明和普遍应用。然而传统的常压干燥法制备SiO₂气凝胶过程复杂,时间冗长,消耗大量溶剂,增加了SiO₂气凝胶的生产成本,也给环境带来巨大压力。本文利用油水相分离的科学原理,通过反应体系各组分的参数调控,提出了自主相分离策略,实现了SiO₂气凝胶的无溶剂置换常压干燥制备,解决了本领域对快速、低消耗、绿色环保制备技术的迫切需求。具体研究成果如下:（1）通过在稀释的三甲基氯硅烷有机溶液中直接对凝胶进行疏水化,然后进行常压干燥（APD）,提出了一种合成超疏水性SiO₂气凝胶粉末和颗粒的相分离诱导（PSI）方法。该方法无需传统APD方法中必要的溶剂交换步骤。通过PSI方法合成的SiO₂气凝胶粉末和颗粒具有高达756.0 m²/g的比表面积,低至0.0164W/m·K的热导率和从47.6至120.0 mg/cm³的可控密度。此外,可以很好地控制SiO₂气凝胶的形貌为高度透明的粉末或颗粒。总之,PSI方法提供了一种简单经济的方法来合成高质量的SiO₂气凝胶粉末和颗粒,并且该气凝胶在隔热,吸附和环境修复等方面可能会找到有价值的应用。（2）采用原位填充的方法将SiO₂气凝胶与PI泡沫复合,制备了一种PI/SiO₂复合泡沫。并通过调控溶胶-凝胶过程时溶液中SiO₂的质量浓度制备了一系列不同密度的PI/SiO₂复合泡沫。复合泡沫具有高可达725.6 m²/g的比表面积,具有超疏水性,接触角值最高可达152.7°,低至0.036 g/cm³的密度,并具有很低的导热系数,低至0.017 W/m·K,还具有很好的热稳定性。最重要的是,此方法合成的PI/SiO₂复合泡沫具有非常优秀的阻燃隔热性能,2 cm厚的复合泡沫就可以在酒精灯下烧90分钟甚至更长时间而不发生燃烧,并且可以隔绝大量的热量,而且保持原来的形状,不会发生收缩。因此,PI/SiO₂复合泡沫是一种安全、优异的阻燃隔热材料,在建筑隔热材料方面有很大的应用前景和潜力。