作为一种科学研究的重要工具,计算机模拟已经成为理论研究和科学实验的重要补充。气凝胶是一种本质为交联聚合物的纳米多孔网络结构固态材料,其网络骨架在空间尺度上跨越微观、介观和宏观三个层面。气凝胶的这一特殊结构特征,适合采用计算机模拟方法开展相关研究,进而揭示气凝胶材料的制备原理、结构形成过程及材料性能特点等方面。本研究采用Materials Studio软件,对氧化硅基气凝胶体系进行了分子层面的建模,对比分析了不同单体形成的网络结构模型,开展了材料性能与热导率的模拟计算,并与实验数据进行对比。同时,开展了介观层面的建模与动力学模拟,研究溶液体系聚集状态的影响。最后,对不同类型的真空浸渍气凝胶材料进行了制备与表征。首先,采用一种动态循环的方法,使用perl程序语言调用MS功能,使用无反应势COMPASS力场,成功进行了交联结构的建模。对不同密度下的Si(OH)4(T体系)、CH3Si(OH)3(S体系)和(CH3)2Si(OH)2(D体系)3种单一体系进行了两种方式的建模,并确定了较好的建模方式。随后,对M体系和D体系不同比例下的混合体系进行了建模和分析。研究结果表明,参与反应的-Si OH基团对的可反应距离主要处于3?~4.5?之间。不同体系的最终交联构型内的键长不发生明显改变。随着单体上不可水解-CH3基团数量的增加,体系交联度下降,环状结构减少,结构趋于松散,骨架强度下降,弹性增强。应用介观耗散粒子动力学理论,采用分子动力学层面的计算结果作为输入数据,进行了介观建模与动力学模拟,得出了溶胶环境下的溶质聚集态结果。在水溶液中,溶质团聚成球状区域;在二甲亚砜溶液中,溶质均匀分散。体系中随着D单体数量的增加,团聚区域减小。当溶质与溶剂的斥力参数接近时,溶质更易于均匀分布。应用非平衡分子动力学方法,分别从低密度模型与致密骨架模型出发,对气凝胶体系的热导率进行了计算。其中,致密骨架模型可实现温度梯度的良好收敛,得出的热导率计算结果与实测值吻合较好,实现了对热导率的较准确印证。以柔性较好的M3D2气凝胶为模板,采用真空浸渍方法制备了多种气凝胶改性样品,并对其进行了组织结构表征。结果显示,气凝胶改性样品的微观结构明显出呈现模板气凝胶的骨架特征和浸入填充气凝胶的微观结构特征。浸入气凝胶的颗粒尺度随着D单体比例的增加从微观尺度逐渐变成介观尺度。真空浸渍处理后的气凝胶,其比表面积与孔结构主要由浸入的气凝胶决定。