压电聚合物材料与压电陶瓷相比较，具有许多优异的性能及应用潜力，如制备工艺简单、材料柔软且密度低等优点。由于具有这些明显的优势，压电聚合物已经在航空航天、汽车船舶等领域展现出了良好的应用前景。在众多高聚物中，聚偏氟乙烯(PVDF)是最常用的压电聚合物材料已经得到了广泛的应用，并作为高性能压电聚合物材料已经应用于航天系统设备的传感和控制系统等部件。然而，PVDF会受到空间辐射环境尤其是原子氧冲刷的影响而失效。目前来讲，使用纳米尺寸的多面体倍半硅氧烷(POSS)加固PVDF，改性PVDF压电材料是提高PVDF材料抗辐射性能及综合性能最有希望的选择。但使用POSS加固PVDF材料的工艺方法，改性后复合材料的物理性能、电学性能以及抗辐射能力等相关方面的研究报道至今并不多见，亟需开展深入细致的科研工作。本论文提出了用溶剂蒸发的方式实现PVDF薄膜与不同含量的POSS杂化PVDF复合材料的制备工艺方法。对POSS杂化PVDF复合材料微观形貌、晶相、热学、力学、电学等性能进行了测试和分析，并利用Monte Carlo法对复合材料的抗原子氧侵蚀进行了数值模拟。研究出了POSS作为纳米杂化材料在改性PVDF聚合物所起到的积极作用。总结出了一套适合加固PVDF聚合物的方案，对于POSS加固的其他高聚物也有一定的借鉴作用。首先，本文所在研究小组在众多种POSS中优选到适合加固基质PVDF的氟化POSS，通过溶剂蒸发法制备出了不同含量下的POSS杂化PVDF复合材料并进行微观晶相分析。微观形貌观测中证实了氟化POSS与基质PVDF具有良好的相容性，分子团的尺寸也因受到POSS掺杂而改变。光谱分析得出了通过低温溶剂蒸发的方法制备的复合材料呈现出高含量的可用于制作压电薄膜的β晶相的特征峰，POSS并未在PVDF基质中团簇结晶。其次，本文将POSS杂化PVDF复合材料进行热-力学性能测试。采用差示扫描量热分析仪和热重分析仪等设备研究了复合材料的热学性能，分析了POSS对复合材料多项热学特征值的影响。采用包括万能力学拉伸机，硬度计和纳米力学测试系统(纳米拉伸机与纳米压痕仪)进行了静态力学、硬度和纳米力学测试和分析。通过不同尺度测试手段，重点讨论了POSS加固PVDF的补强机理。并结合部分常规性能依据，总结出了POSS自身结构、加固配比以及作为多种特殊功能试剂等因素在影响复合材料力学性能方面所起的积极作用。再次，本文在POSS杂化PVDF复合材料的基础上施加高压电场使偶极子在电场作用下有序取向，制备了压电功能复合材料。分析了高压电场对微观形貌和晶相的显著影响。对POSS杂化PVDF复合材料进行了包括介电性能、压电性能和铁电性能等电学性能的测试。重点研究了POSS对基质PVDF的电学性能影响。验证出了POSS的加入降低了复合材料的介电常数和介电损耗，对压电性能影响不大，复合材料也呈现出典型的铁电特征。评估了POSS在改变材料电学性能的所起的作用。最后，基于Monte Carlo数值模拟完成了POSS杂化PVDF复合材料原子氧侵蚀的研究。该数值模拟以NASA长期飞行试验数据，原子氧侵蚀其他聚合物材料的部分假设和经验公式为理论基础，确定出侵蚀的重要模拟参数，利用Matlab软件进行了数值仿真，评估了原子氧环境对PVDF及POSS杂化复合材料的侵蚀效应的影响。证实了PVDF在原子氧环境下的高侵蚀效应，而POSS掺杂可以有效提高PVDF抗原子氧的侵蚀性能。同时按照实际侵蚀情况，以1~5年原子氧辐照累积通量模拟PVDF与POSS杂化复合材料所受原子氧侵蚀的影响。分析出初始裂纹尺寸与原子氧侵蚀效应的关系，证实了由于裂纹间原子氧侵蚀的相互作用，即使初始裂纹尺寸微小，也会对材料寿命产生很大的危害。分析了POSS的加固对降低原子氧辐照累积通量和初始裂纹尺寸对基质侵蚀的影响所起的作用。