有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA)具有透明度高、强度高、易于加工、重量轻等优点,广泛应用于军工、建筑、汽车等行业中。但是PMMA的隔热与隔音性能较差,限制了其在相关行业中的应用。为了改善PMMA的性能,可以向其中添加功能性助剂。空心二氧化硅(SiO2)具有热导率低、隔音、环境友好等优点,是一种良好的无机功能助剂。此外,它的折射率低,添加到透明有机基体中可以降低材料的折射率,起到减少光反射提高透明度的作用。但是,由于空心SiO2与光学级有机材料的折射率不同,若颗粒较大或是在有机基体中分散性较差,易造成光散射从而降低有机材料的透明度,并影响其隔热隔音效果。因此,如何合成粒径较小且在有机基体中均匀分散的纳米空心SiO2,是制备光学级有机无机纳米复合材料的关键科学问题。论文以单分散的纳米氧化锌为模板,采用反相微乳液法合成小尺寸纳米空心SiO2及其液相分散体,并通过原位本体聚合法制备了光学级的且具有良好隔热和隔音功能的空心SiO2/PMMA纳米复合材料。主要研究了制备工艺条件对纳米空心SiO2空心结构的形貌以及对分散性的影响,探讨空心SiO2的添加对复合材料光学、隔热与隔音等性能的影响。论文主要研究内容及结论如下。以在环己烷中单分散的纳米氧化锌为模板,采用反相微乳液法合成了纳米空心SiO2,考察了制备工艺条件对纳米空心SiO2形貌及分散性的影响,确定了适宜的制备工艺条件:正硅酸乙酯为原料;氨水浓度25%,氨水与氧化锌的摩尔比为100;硅锌元素的质量比为30;反应温度为25℃;反应11 h后加入改性剂;改性剂添加量为产物质量100 wt%;改性温度为25℃;改性时间为1h。制备得到的空心SiO2颗粒的平均粒径为20 nm,壳层厚度约为7 nm,根据改性剂的不同,空心SiO2可以在甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基异丁基酮(MIBK)液相介质中稳定分散,形成了高透明的纳米空心SiO2/MMA和空心SiO2/MIBK液相分散体。以空心SiO2/MMA液相分散体为原料,采用原位本体聚合法制备了光学级空心SiO2/PMMA纳米复合材料,研究了空心SiO2的添加量对复合材料的光学、隔热和隔音等性能的影响。结果表明,纳米空心SiO2的添加可明显提高材料的可见光透过率,降低材料的导热系数,增加材料的吸声系数。与未添加纳米空心SiO2的材料相比,当纳米空心SiO2的添加量为2 wt%时,空心SiO2/PMMA纳米复合材料的可见光透过率在500 nm处提高了 2%;吸声系数由0.069增加到0.119,提高了 72%;导热系数由0.226 W/m·K降低到0.1988 W/m·K,降低了 12%(添加4.5 wt%空心SiO2的导热系数降低了 24%)。此外,纳米空心SiO2的添加还可以显著改善复合材料的拉伸性能,与纯PMMA材料相比,添加1wt%纳米空心SiO2材料的拉伸强度提高了 30%,断裂伸长率提高了 68%。