目前,绝大多数相变材料在相变过程中存在过冷和导热系数低等问题,严重制约了相变热控系统在航天器中的应用。本文将SiO₂、AlN、石墨烯三种高导热纳米微粒分别添加到石蜡、乙酰胺、赤藻糖醇、甘露醇四中相变材料中,减小了相变材料的过冷度,提高了其导热系数,并对过冷度和热导率的改善机理进行了模拟研究。利用磁力搅拌和超声波分散的方法将纳米颗粒均匀分担到相变材料中,并通过真空熔融浸渗的方法制备了相变材料-纳米微粒-泡沫炭样品。利用扫面电镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪对材料的性能进行了表征。利用DSC对样品进行测试,揭示了纳米微粒和泡沫炭对相变材料相变性能产生的影响。通过添加纳米颗粒可以使乙酰胺的过冷度由38.4℃减小到7.7℃,使赤藻糖醇过冷度减小了36℃左右,并一定程度提高了相变材料的凝固焓。自行设计了相变材料熔化凝固实验装置,对乙酰胺复合相变材料样品进行了50次熔化/凝固实验,测量了乙酰胺的宏观过冷度和熔化/凝固循环过程中性能的稳定性。基于经典形核理论编写程序,模拟了不同冷却速率、纳米微粒浓度和粒径对相变材料结晶的影响规律。晶界模拟中,利用晶界调整理论解释了相变材料凝固放热不充分,再次熔化过程中熔点和熔化焓降低的现象,模拟结果与实验结果符合的很好。利用热线法测量了各样品的热导率,研究了纳米微粒与泡沫炭对相变材料热导率的影响规律。利用有限元软件对样品的传热过程进行了模拟,模拟结果揭示了石墨烯的二维片层结构有利于形成导热通路进而极大的提高相变材料的热导率。测量值和模拟结果都表明,相变材料-泡沫炭的热导率增量大于相变材料本身热导率加量,针对这一现象本文提出了放大因子K的概念,并通过模拟进一步研究了放大因子K的变化规律,这对泡沫结构（泡沫炭、泡沫铜等）传热的研究具有重要意义。