碳气凝胶是由碳纳米材料形成的气凝胶,由于具有3D多孔结构、孔隙率高、导电性好、低密度、低导热性、隔音性、化学稳定性等优点,所以常被应用于传感器、吸附、电磁屏蔽、超级传感器、电池催化剂等领域。传统的聚合物碳气凝胶在制备的过程中会使用具有毒性的前驱体,并且制备过程中涉及超临界干燥,存在着工艺复杂、制备周期长等缺陷,严重限制了其发展。近些年来,一些研究人员使用石墨烯、氧化石墨烯、多壁碳纳米管等制备碳气凝胶,虽然这些碳气凝胶具有迷人的性能,如高弹性、力学性能优异、电导率高等。但这些材料成本较高,无法大批量的制备和使用。纳米纤维素作为一种天然的、在自然界广泛存在的生物质材料,具有成本低、绿色可持续等特点。并且纳米纤维素作为生物质材料,可以通过高温热解的方式得到碳纳米材料,这为新型碳气凝胶的制备提供了思路。本论文以纳米纤维素纤维（CNF）为前体材料,首先通过冷冻干燥、高温碳化制备了碳气凝胶,并通过负载导电高分子,探索了对碳气凝胶的机械应力和导电性的改善情况。之后通过加入硅烷进行改性,以及使用常压干燥的方法,针对传统冷冻干燥过程中碳气凝胶结构无法改变的问题,成功调控了纳米纤维素气凝胶的结构,并得到了具有更好的导电性的碳气凝胶。本论文的主要研究内容包括:（1）纳米纤维素基碳气凝胶–聚吡咯复合材料的制备与性能研究:首先,以从棉花中提取的纳米纤维素纤维为原料、通过简单的液氮定向冷冻、冷冻干燥、N2氛围下高温碳化的方法制备了具有三维蜂窝状结构的纳米纤维素基碳气凝胶。而后通过冷冻诱导原位聚合的方法,将聚吡咯包覆在纳米纤维素碳气凝胶骨架结构上,成功制备了纳米纤维素基碳气凝胶-聚吡咯复合导电材料。该材料具有较大的应力承受能力,在压缩80%时可以承受800 k Pa的压缩应力。并且该材料的电导率可以达到30 m S m-1,之后探索了该材料在传感领域的应用。该方法流程简单、成本低,为解决纳米纤维素基碳气凝胶用于传感器时应力范围较低、导电性较差提供了新思路。（2）硅烷改性纳米纤维素基碳气凝胶的制备与性能研究:通过加入硅烷交联剂与CNF进行交联,并通过常压干燥的方法,成功对纳米纤维素基碳气凝胶的结构进行了调控。最后通过冷冻诱导原位聚合的方法,将聚吡咯包覆在碳气凝胶骨架。该材料的形貌被成功调控,具有三维网状结构的微观形貌,并且电导率达到了1950 m S m-1。另外,该材料展现出了优异的光吸收能力,在200-2500 nm具有94%-97%的光吸收度。之后探索了该材料在界面蒸发领域的应用,并利用该材料良好的导电性进行电热转换,可以有效的解决传统界面蒸发材料对太阳光的依赖,为全天候界面蒸发水处理材料的开发提供了思路。