气凝胶特殊的三维网络结构使其拥有很多独特的特性,如高比表面积、低密度、低热导率等。这些优异的特性使其被广泛应用于隔热、绝缘、吸附、催化等领域。结构有序的气凝胶材料除具备以上特性外,还可表现出性能各向异性的特征。这一特征在实际应用中具有重要的意义和广阔的应用前景。孔结构是决定多孔材料性能的重要因素。分析孔结构的影响因素,探究工艺参数对孔结构的影响规律,表征材料的各向异性成为该类材料的研究重点。本研究使用仲丁醇铝（aluminum tri-sec-butoxide,ASB）和正硅酸乙酯（tetraethoxysilane,TEOS）分别作为铝源和硅源,基于溶胶-凝胶法、冷冻注模法和冷冻干燥技术,制备了Al₂O₃气凝胶和Al₂O₃-SiO₂复合气凝胶两种材料,分别对这两种气凝胶进行了组织结构表征,分析其定向孔结构形成的影响因素,并对其力学性能和隔热性能的各向异性特征进行了讨论。首先,在不同温度条件下冷冻浆料,制备具有不同孔结构的定向Al₂O₃气凝胶。对该材料的微观形貌和孔结构进行表征和分析,研究定向孔结构的影响因素,探究影响规律,表征由有序结构所决定的各向异性特征。研究结果表明,Al₂O₃气凝胶为多孔非晶材料,其内部呈现有序的层状多孔结构。初始冷冻温度、冷冻速度和固-液界面移动速度等工艺参数均对材料的孔结构造成影响。初始冷冻温度越低、冷却速度越高、固-液界面移动速度越高,气凝胶的结构波长λ越小。在同一气凝胶样品内,距冷冻源越远,结构波长λ越大。气凝胶靠近冷冻源一侧的孔道方向与温度梯度方向存在较大偏差角。偏差角随着远离冷冻源,逐渐与温度梯度方向一致。初始冷冻温度越低,方向偏差恢复越快。在垂直冰晶生长方向施加温度梯度,能够明显改善该方向上孔结构无序排列的现象。随后,以Al₂O₃气凝胶为模板,以SiO₂溶胶为液态填充相,采用真空浸渍方法,将Si O₂溶胶填充到Al₂O₃气凝胶模板的孔结构中,经冷冻干燥后,制得Al₂O₃-SiO₂复合气凝胶材料,并对其组织结构进行了表征。结果表明,有序孔内存在纳米多孔特征的Si O₂气凝胶,与模板相比,复合气凝胶的孔隙率增加,平均孔径减小1000倍,由微米级别孔变为纳米级别。Al₂O₃气凝胶在沿冰晶生长方向和垂直冰晶生长方向同时具有力学性能和隔热性能的各向异性。测试结果表明,沿冰晶生长方向的力学性能明显高于垂直冰晶生长的力学性能。Si O₂溶胶浸渍后,Al₂O₃-SiO₂复合气凝胶的力学性能有所提高,但仍具有各向异性特征。垂直冰晶生长方向具有更优良的隔热性能。Si O₂溶胶浸渍后,Al₂O₃-SiO₂复合气凝胶的热导率有所下降约30%左右,但仍呈现出一定的传热各向异性。