作为一种收缩率低、粘结性能强和易于加工的典型热固性材料,环氧树脂在航空航天、建筑材料、电子电气等多个领域中已取得普遍的应用,并成为一种不可缺少的基础性材料,但固化后的纯树脂存在质脆、力学性能相对较低等问题,不利于其进一步的应用。无机纳米粒子增韧是当前比较常用的一种聚合物改性技术,其能有效地将无机物所具备的刚性、耐化学腐蚀、耐热性等优势与聚合物所具备的轻质、柔韧性、抗冲击性、可加工性等优势综合在一起,因此可表现出诸多特殊的性能。在众多纳米粒子中,纳米氧化锆因其颗粒尺寸小、化学稳定性强、表面吸附性好、耐磨性优异等特性,将成为一种应用前景非常广阔的聚合物增强材料,并实现各性能的明显提高。本论文尝试采用一种改进的溶胶-凝胶法成功制备出粒径小且分散良好的ZrO₂纳米粒子,然后通过表面处理、超声分散等方式将其进一步均匀地混合在单纯环氧树脂基体中制成纳米复合材料,并针对纳米氧化锆的填充对其环氧树脂复合材料结构和各项力学性能的影响进行了主要研究。通过示差扫描量热法（DSC）和热重法（TGA）对ZrO₂的凝胶前驱体的升温过程做热分析;采用透射电镜（TEM）和场发射扫描电镜（FESEM）观察纳米ZrO₂的微区形貌和分散状态;利用物理吸附仪测试纳米ZrO₂粒子的比表面积;使用激光粒度仪分析纳米ZrO₂的粒径分布情况。通过FTIR分析改性前后纳米ZrO₂的分子结构;使用电液伺服试验机测试纳米复合材料的拉伸特性和断裂韧性;通过纳米压痕测试复合材料的硬度;利用热重分析仪分析复合材料的热性能。DSC/TGA结果表明ZrO₂前驱体在300°C附近发生了较强烈的氧化还原反应,之后热分解逐渐趋于完全。XRD显示450°C煅烧的纳米ZrO₂呈四方相结晶。FESEM和TEM展示出所合成的ZrO₂颗粒超细（约18 nm左右）且分散效果较好。由粒径分布结果也可知该ZrO₂粒径小且分布范围较窄,根据BET法可以估算出其比表面积约为53.68m²·g^-1。FTIR图谱证明了KH-550成功接枝到纳米ZrO₂表面,且并不影响ZrO₂本身所具有的组成结构。力学性能测试结果表明,加入适当少量的KH-550改性纳米ZrO₂能够明显提高树脂基体的力学性能,且复合材料与纯树脂相比较,其复合材料的拉伸强度、弹性模量、断裂韧性、临界应变能释放率、硬度分别最高可增大至44%、29%、63%、122%、17%,这里力学性能的提高主要可能是由于改性粒子分散性的提高、低团聚粒子与树脂基体间更好的界面结合、以及裂纹偏转和基体-颗粒脱粘等多个增韧机制的协同作用。复合材料的热重曲线显示出聚合物在O₂下典型的两步热降解过程,且在700°C下复合材料略高于纳米ZrO₂含量的残炭量可能和改性粒子与基体间的彼此交联有关。