隔热材料在国防军工、航空航天、民用、工业等诸多领域可起到防护及节能减排的作用,具有广泛的应用需求。隔热材料种类繁多,其中高度多孔的纳米气凝胶材料是最具前景的“超级隔热材料”。但是传统无机气凝胶材料脆性较大且易破碎,极大的限制了其在高性能隔热领域的应用。新一代纤维素气凝胶材料具有柔韧性好、密度和固态热导率低等优势,原料来源广泛且可再生和降解,在高性能柔性隔热领域具有广阔的应用前景。然而由于有机纤维素纳米骨架强度较弱,目前所制备的纤维素气凝胶材料力学性能不足,受力情况下结构容易坍塌。另外纤维素气凝胶具有亲水性,严重影响其在高湿度环境下的隔热稳定性。提高纤维素气凝胶力学性能和隔热性能成为柔性隔热领域的重要目标。本论文针对纤维素气凝胶在柔性隔热领域应用过程中存在的问题和挑战,以细菌纤维素（BC）为基体,发挥BC天然纳米纤维的高柔韧性、高结晶度和高分子量的优势,选择性的结合硅纳米材料,通过分子设计、界面调控和结构组装,设计构筑了复合网络、桥连结构和取向孔等微观结构,获得了具有优异力学性能和隔热性能的BC基柔性气凝胶隔热材料。主要研究内容和结果如下:1、以兼具高弹性和高疏水性为目标,设计制备了聚硅烷包覆纳米复合纤维气凝胶,不同湿度环境下具有优异的隔热性能基于纯纤维素气凝胶回弹性差孔结构易坍塌和在高湿度环境下吸湿导致隔热性能下降的问题,采用天然细菌纤维素（BC）纳米纤维和甲基三甲氧基硅烷（MTMS）为原料,通过冷冻诱导组装和干燥驱动矿化过程,促使MTMS硅溶胶缩聚,形成聚甲基倍半硅氧烷（PMSQ）纳米包覆层紧密包裹在BC纳米纤维表面并形成稳定的交联点,获得了超弹超疏水的BC-PMSQ纳米复合纤维气凝胶。结果表明纳米复合纤维气凝胶具有多尺度结构:1)在微米尺度,胞状大孔结构和缠结的纳米纤维孔壁可以有效耗散内应力;2)在纳米尺度,PMSQ包裹在有机BC纳米纤维表面获得了软且强的复合纤维骨架单元,且PMSQ作为纳米纤维间的强交联点可以起到稳定纳米纤维网络结构的作用;3)在分子尺度,PMSQ表面大量的Si-CH3基团具有回弹效应。这一多尺度结构赋予了纳米复合纤维气凝胶优异的回弹性能,当密度为5.74mg cm-3,PMSQ质量分数为50.6%,纳米复合纤维气凝胶回复弹性形变高达99%,经过一万次（压缩应变60%）疲劳循环压缩,残余应变小于5%,且在-196～200 oC宽温度范围内都具有稳定的弹性性能;由于高度开孔的结构（孔隙率为99.59%）和纳米复合纤维结构表面大量的疏水Si-CH3,BC-PMSQ具有超疏水特性,水接触角高达167.5°;油水分离实验和循环吸油实验进一步证明BC-PMSQ纳米复合纤维气凝胶高孔隙率、低密度、超疏水和超弹性特征;由于高度多孔和超疏水特征,当湿度从30%增加到90%,BC-PMSQ热导率值变化范围为29.26～29.64 m W m-1 K-1,保持稳定。表明即使在高湿度环境下,纳米复合纤维气凝胶依然具有稳定的隔热性能。2、以兼具高柔韧性和高隔热性能为目标,设计制备双网络气凝胶,集成导电层,赋予材料隔热-电热一体化功能为了进一步降低纤维素气凝胶的热导率值提高其隔热性能并保持纤维素气凝胶本身的柔韧性,将硬且脆的介孔硅网络引入软且韧的天然BC纳米纤维网络结构中,通过跨尺度“软-硬”协同结构设计,获得具有高柔韧性和高绝热性的纤维素-硅双网络气凝胶材料。多尺度“软-硬”协同构筑策略如下:1)分子尺度上,采用低交联密度硅源MTMS增加硅网络的韧性;2)纳米尺度上,利用BC纳米纤维网络表面大量的羟基作为活性反应位点,通过溶胶凝胶法原位支持PMSQ纳米颗粒的成核和生长,进一步形成介孔团簇网络,利用纤维素纳米纤维和硅网络界面间的强相互作用确保材料的机械完整性;3)微米尺度上,通过BC纳米纤维桥联双网络结构实现复合材料的高孔性和柔韧性,进一步通过调节“软-硬”双组份含量调控和优化材料微观结构,获得了可以任意卷绕的高柔韧性和高绝热性双网络气凝胶。研究表明,当双网络气凝胶中PMSQ含量达87.1%（百分含量和浓度均指质量分数）,大孔纳米纤维网络中形成介孔硅网络,所得气凝胶孔隙率和比表面积分别高达93.6%和660 m~2 g-1;多尺度“软-硬”协同构筑策略赋予了双网络气凝胶优异的力学性能。双网络气凝胶拉伸断裂强度为1.5 MPa,可支撑起高于其本身质量4个数量级的拉伸载荷。弯曲实验证明双网络气凝胶可经受如弯折、卷绕和打结等大的弯曲应变而不发生破裂,并可以任意裁剪;由于介孔网络结构和低密度(0.09 g cm-3)的特征,双网络气凝胶具有优异的隔热性能,热导率低至15.3m W m-1 K-1,低于空气的热导率值(23 m W m-1 K-1)。进一步,基于实际应用中自动产热的需求,通过喷雾-沉积-干燥的方法在双网络气凝胶表面沉积了纳米炭黑粒子导电层,获得了电热与隔热一体化的柔性双模式热器件。热红外温度监测结果表明,接入低电压电路后（6～22 V）,电热面和隔热面形成大的绝对温差（5～44 oC）,电热面可根据应用环境要求调控加热温度,隔热面可进一步防止热量损耗。这一双模式热器件可以作为热防护材料在极端寒冷环境中使用,提高人体保暖舒适性。3、以扩大纤维素气凝胶宏观应用形式为目标,实现了高强度柔性纤维素气凝胶纤维的连续化制备,并初步研究其隔热性能为进一步提升纤维素气凝胶的柔性,拓宽其在柔性隔热可穿戴领域的应用,将高分子量BC溶解,采用湿法纺丝的方法和冷冻干燥技术除去溶剂实现了高强度柔性BC气凝胶纤维的连续化制备。利用原生湿态BC纳米纤维上的羟基具有高可及性和容易被含水溶剂渗透的特点,将高分子量原生湿态BC低温溶解于碱复合溶剂;偏光显微镜、13C核磁共振波谱和流变测试结果表明,在-15 oC低温条件下,7%Na OH/7%尿素/6%硫脲水溶液体系对原生湿态BC的溶解浓度高达3%;BC溶液表现出假塑性流体特征。浓度为1.5%、2.0%和2.5%的BC溶液在5～90 oC温度范围内相对稳定,而浓度为3.0%的BC溶液在温度高于50 oC时会发生微相分离和凝胶化。综合考虑溶液的稳定性和纤维的强度,优选2.5%的BC溶液作为纺丝原液制备BC气凝胶纤维;将纺丝液经垂直喷丝头挤入0.25 mol L-1的稀硫酸凝固浴,利用垂直液流的重力拉伸作用结合后续溶剂置换和冷冻干燥技术获得了高强度柔性BC气凝胶纤维。BC溶解再生成气凝胶纤维过程中,由纤维素I晶型结构转变为纤维素II晶型结构,未发生衍生化;微观形貌表征结果表明所得气凝胶纤维具有明显的取向孔结构,气凝胶纤维比表面积高达192 m~2 g-1;得益于高分子量BC骨架、再生BC分子链内和分子链间强的氢键相互作用以及取向孔结构,BC气凝胶纤维具有优异的力学性能,断裂强度和杨氏模量分别高达9.36±1.68 MPa和176±17.55 MPa,如0.4 mg的气凝胶纤维可以支撑高于其本身质量5×10~4倍的重物;红外热成像测试结果表明高度多孔的BC气凝胶纤维具有良好的隔热性能。