有机-无机杂化气凝胶具有优异的机械性能、阻燃性能和轻质等优点,在隔热材料、储能器件和节能建筑材料等领域具有广阔的应用前景。但由于传统气凝胶具有亲水性,吸水后会使其孔隙坍塌,导致材料溶解,丧失轻量化和隔热性能,限制其应用,因此对其进行疏水改性意义重大。本论文采用两种策略实现有机-无机杂化气凝胶疏水目的,包括:通过引入低表面能的十七氟癸基三甲氧基硅烷（FAS）对气凝胶进行接枝改性,以及构筑具有网状结构的本征疏水聚酰亚胺（PI）/碳纤维（CF）气凝胶,详细研究这两大类型疏水气凝胶结构与性能机制,促进气凝胶领域的应用新发展,特别是航空航天和核反应堆等特殊领域。论文第三章,通过引入低表面能的FAS获得疏水聚合物/粘土气凝胶。首先通过冷冻干燥法制备气凝胶基体材料,分别将其浸没在FAS乙醇溶液中然后室温干燥,实现了亲水性向疏水性转变。该方法适用于多种聚合物体系,成功地实现了聚乙烯醇（PVOH）/二氧化硅（Si O2）、PVOH/粘土（clay）、果胶/clay和三聚氰胺甲醛/海藻酸钠气凝胶的疏水转变。以PVOH/Si O2为例,详细表征了改性前后气凝胶结构和性能的变化。温和的溶剂蒸发方式,未对气凝胶微观结构造成影响。随着C-F键的引入,气凝胶的表面能降低到0.45 MJ·m-2,水接触角（WCA）可达147.5°（3 wt.%FAS）。并且由于C-F键的良好耐候性,从而使得改性气凝胶在酸、碱、高温和超低温处理后均能维持其疏水效果。综上,引入FAS能高效制备具有耐候性的疏水气凝胶,并且该疏水策略在水溶性聚合物气凝胶体系具有较好的普适性。在FAS作为疏水改性剂基础上,通过辐照交联-溶剂置换-室温干燥步骤制备了一种新型室温干燥的疏水气凝胶。研究了辐照剂量对PVOH/clay气凝胶结构和性能的影响机制。结果表明,随着辐照剂量的增多,凝胶溶胀效应减弱、机械性能增强和密度提高。与传统的冷冻干燥获得的气凝胶相比,辐照处理室温干燥气凝胶的模量和疏水性均获得显著提高。当吸收剂量为100 k Gy和5 wt.%的FAS接枝时,所得PVOH/clay气凝胶的压缩模量及WCA分别可达25.8 MPa和139.5°。室温干燥气凝胶拥有多层次的孔隙结构和非良溶剂诱导的褶皱骨架。而且,更大的孔体积和比表面积,能够增加FAS乙醇溶液浸入体积,从而提高FAS表面接枝率。以此策略获得的疏水气凝胶,将进一步推动气凝胶的实际应用。以水溶性聚合物为代表的有机-无机杂化气凝胶耐热温度和机械性能较低,仅能满足普通民用领域应用需求。因此,以冷冻干燥和热酰亚胺化法制备了一种耐高温、耐辐照和机械性能优异的疏水PI/CF气凝胶。不需要额外的疏水改性和特殊的制备方法,由于独特的网状结构,PI/CF气凝胶有着本征疏水的特性,气凝胶在水平和垂直方向上WCA均达120.0°以上。详细考察了CF含量对气凝胶结构和性能的影响。随着CF含量的增加,PI/CF气凝胶尺寸稳定性、残碳率和机械性能均获得提高。当CF达到50 wt.%时（CF-10）,PI/CF气凝胶压缩模量高达58.5 MPa,远高于已有研究报道的PI复合气凝胶。进一步探究辐照剂量对所制备的PI/CF气凝胶性能影响规律,结果表明,当吸收剂量为10 MGy时,由于CF化学惰性和PI具有优异耐辐照稳定性,气凝胶模量仍可达50.6 MPa,达到初始模量的86.5%。此外,制备了PI/CF衍生的碳气凝胶,研究了碳化温度对碳气凝胶结构和性能的影响。随着碳化温度的增高,碳气凝胶室温热导率提升,在1100℃碳化后热导率达0.198 W·m-1K-1。PI/CF气凝胶和衍生的碳气凝胶在航空航天及核反应堆领域有着潜在应用。本论文详细探究并优化了三种疏水气凝胶制备方法,考察其结构与性能关系,为制备疏水和高性能的有机-无机杂化气凝胶提供新方法。研究结果有助于推动气凝胶实际应用和扩宽气凝胶的使用范围,具有显著的应用价值。