气凝胶材料具有高比表面积、高孔隙率、低热导率等特点,在高能物理、航空航天、民用领域均具有广泛应用前景。长期以来,气凝胶材料的形态主要以块体或粉末为主,这是因为以介孔为主的气凝胶多级孔结构特点限制了其力学性能,进而限制了气凝胶材料的形态。本文以制备可实际应用的气凝胶纤维为主要研究目的,研究了芳纶气凝胶纤维制备技术、物理化学性能并对其应用前景进行了初步探索。1.芳纶纳米纤维（ANFs）分散液的制备及可纺性研究:采用去质子化剥离方法制备不同浓度的芳纶纳米纤维,并对芳纶纳米纤维形貌、结构进行表征。根据其形貌特点,计算其液晶转变点,并通过提升浓度获得芳纶纳米纤维液晶。对芳纶纳米纤维液晶内部纳米纤维结构进行粒径分析、流变学分析等,探讨了芳纶纳米纤维分散液承受牵伸形变的理论基础,发现液晶内部形成纳米纤维有序结构,其结构稳定性随浓度升高而提升。进一步对芳纶纳米纤维溶胶-凝胶转变进行表征,并采用湿法纺丝试制芳纶水凝胶纤维,充分证明了芳纶纳米纤维分散液的可纺性。2.芳纶气凝胶纤维的湿法纺丝研究:利用芳纶固有高模、高强特性及芳纶纳米纤维快速质子化凝胶过程,以芳纶纳米纤维分散液为纺丝液,通过湿法纺丝技术制备ANFs凝胶纤维,随后采用溶剂置换和超临界干燥技术使凝胶纤维内部的溶剂脱除制备芳纶气凝胶纤维。该气凝胶纤维力学强度达到7 MPa,断裂伸长率达到14%,可以进行随意弯曲打结而不损伤力学性能,并可在织机上编织成布。此外,芳纶气凝胶纤维热导率为0.037 W/mk,隔热性能超过现有商业化纤维。制备的芳纶气凝胶纤维可进行染色、疏水化改性等,既可满足实际使用需求,又可被赋予多种功能。3.芳纶液晶气凝胶纤维的制备研究:为进一步提高芳纶气凝胶纤维的强度并拓展其应用,在上述芳纶气凝胶纤维湿法纺丝技术的基础上,以高浓度ANFs液晶为纺丝液制备了高度取向的水凝胶纤维,继而采用超临界干燥移除溶剂得到高取向度气凝胶纤维。该纤维在保证高比表面积（240 m2/g）的同时,断裂强度可达50 MPa,断裂伸长率可达23%,展现出优异的力学性能。此外,由于其内部丰富的介孔结构,所得芳纶气凝胶纤维热导率为0.038 W/mk,编织后可用于保温隔热。高取向气凝胶纤维在气凝胶状态时为低透明度纤维,吸收溶剂后转变为高透明度纤维,并且随取向度的变化,纤维在偏光显微镜下会有显著的明暗及颜色变化,展现出奇特的光学性能。基于此设计了具有多重加密功能的信息编译织物,可用于信息存储、保密等领域。4.芳纶气凝胶纤维的气流纺丝研究:以芳纶纳米纤维为原材料,采用气流纺丝技术制备芳纶气凝胶纤维絮片。探究芳纶纳米纤维分散液气流纺丝的可行性,并研究不同纺丝-凝胶方式及纺丝参数对气流纺纤维絮片的影响,最终确定絮片的可靠制备参数。絮片由直径微米级芳纶气凝胶纤维组成,面密度1 g/m2至6 g/m2,可以悬挂自身2500倍质量的重物,断裂强度达到1 MPa。该絮片具有良好的隔热性能,面密度为12 g/m2的气流纺芳纶气凝胶纤维絮片隔热性能与20 g/m2市售的超细纤维絮片相当。气流纺芳纶气凝胶纤维絮片同时具有良好的过滤与吸附性能,其比表面积达到160 m2/g,3 g/m2气流纺芳纶气凝胶纤维絮片对PM2.5颗粒的过滤能力达到95%以上,对VOCs的吸附能力达到85%以上。综上所述,本论文工作通过利用芳纶纳米纤维制备芳纶气凝胶纤维过程,验证了动态溶胶-凝胶转变的可行性,实现了动态溶胶-凝胶过程中凝胶骨架结构的调控,将动态溶胶-凝胶转变策略发展为牵伸凝胶同步策略和牵伸凝胶分步策略,实现了湿法纺丝过程外的动态溶胶-凝胶转变;本论文工作也发展了气凝胶纤维的系列制备方法,获得了全新的高分子气凝胶纤维,并对获得了气凝胶纤维进行了系统深入的物理化学性能表征,为后续气凝胶纤维的应用研究奠定了坚实的物质基础。