球形中孔和中空炭微球因其独特的结构和特性,如较大的比表面积,发达的孔结构,较低的密度,较低的流动阻力,同时兼备良好导电性、抗腐蚀性、化学稳定性等优点,是当前材料学、环境科学、生命科学尤其是航空航天等特殊领域的研究热点。目前,研究者们主要采用模板法、溶胶-凝胶法、气相沉积法等来制备球形中孔和中空炭微球,但这些方法工艺较复杂、周期长且产率较低,极大制约了材料的实际应用。因此,寻求一种快速高效的方法来规模化制备形貌及结构可控的中孔及中空炭微球,以实现材料的结构-功能一体化具有重要意义。本文将工业上常用的喷雾干燥法引入到中孔炭微球和中空炭微球的制备过程中,优化了制备工艺条件,并对产物的形貌、结构及性能进行了研究；使用中孔炭微球制备了轻质复合材料,并对其减重效果、力学性能及介电吸波性能进行了研究；分别使用中空聚合物微球及中空炭微球与酚醛树脂复合制备了复合泡沫材料,并重点对其机械性能进行了考察；此外,为拓展中孔炭广泛应用,探索了中孔炭微球对水溶液中典型毒害重金属离子Cr6+的吸附性能。得到的主要结论如下：(1)喷雾干燥法制备中孔炭微球及其性能研究。以间苯二酚(R)、甲醛(F)为前驱体,以纳米二氧化硅溶胶(Si02)为硬模板,采用喷雾干燥法制备中孔炭微球。以中孔炭微球形貌控制为目的出发,考察了溶液反应时间、溶液浓度、进风温度以及进料速率等条件对产物形貌的影响,得到了最优化工艺条件。制得的中孔炭微球具有较好的球形度,表面光滑且单分散性好,粒径分布在1-20μm之间。其孔结构可通过改变RF/SiO2的质量比以及纳米二氧化硅的粒径来调控,比表面积及孔容分别在928-1220 m2/g及1.5-2.7 cm3/g的范围内可调,孔径在7-22 nm范围内可调。(2)中孔炭微球对水溶液中Cr6+吸附性能研究。使用制备的中孔炭微球对水溶液中的Cr6+进行了吸附研究,考察了pH值、吸附温度、吸附时间的影响,发现在pH=3时吸附量达到最大值,吸附动力学优异,1h内即可达到60 mg/g的吸附量,在24 h后都基本上达到平衡状态。对吸附数据进行拟合发现其更符合准二级动力学方程。将吸附数据分别用Langmuir和Freundlich两种模型进行拟合,最大吸附量为165 mg/g。进一步采用等体积浸渍法制备了担载磁性Fe304的中孔炭微球,并将其用于水溶液中Cr6+的吸附。研究发现,pH值为3时最有利于吸附的进行,其对Cr6+的吸附量稍有减少,但仍达到156.3 mg/g的较高水平。其具有较好的循环吸附性能,第5次循环后的吸附量仍达到123.9 mg/g,约为初次的80%。担载了Fe304后的中孔炭微球可在外加磁场作用下快速且彻底地从溶液中分离。(3)中孔炭微球/酚醛树脂复合材料力学及介电吸波性能研究。将中孔炭微球用聚乙烯醇包覆后,中孔炭微球表面光滑封闭,形成类“蛋壳”结构。当用于复合材料填料(0-10 wt.%)时,能有效的降低复合材料的密度(1.36g/cm3至1.12g/cm3),并大幅提升复合材料的力学性能(压缩强度由106 MPa增加至168 MPa)；在102-107Hz频率下,复合材料的介电常数随着炭微球添加量的增加逐渐提高,由4-3.6提高至10.4-9.1。此结果表明中孔炭微球可作为新一类多功能填料,在降低复合材料密度的同时增加力学性能,并在较宽频率下具备高的介电性能。在中孔炭微球中引入Fe304可以大幅增加材料的吸波性能,当厚度为1.5mm时,反射损耗大于10 dB的频带宽超过6 GHz,在约15.5 GHz有最大值为15 dB,是一种具有很强潜在应用价值的高强度低密度且可作为吸波材料的结构功能一体化材料。(4)喷雾干燥法制备中空聚合物/炭微球及其在复合材料中的应用。以甲醛(F)、间苯二酚(R)、聚乙烯醇(PVA)、碳酸氢钠(NaHCO3)为原料,采用喷雾干燥法制备了中空聚合物微球。考察了影响中空聚合物微球制备的主要实验条件,包括NaHCO3的含量、PVA含量、RF浓度、进风温度以及进料速率,得到了最优化工艺条件,以此工艺条件制备的中空聚合物微球具有较好的球形结构,乙醇中漂浮率为96.3%,堆密度为0.089g/cm3,粒径分布在15-80μm。经进一步碳化得到的中空炭微球形貌保持良好,粒径分布在10-60μm,平均粒径均在23μm左右,堆密度为0.1g/cm3左右。中空聚合微球及中空炭微球分别与树脂基体热压制备了系列复合泡沫材料,随着填充物含量的增加,材料的密度从酚醛树脂基体的1.31g/cm3降低到30 wt.%时的0.48g/cm3。在微球添加量为30 wt.%时,复合泡沫材料的最大压缩强度仍达到19 MPa左右。观察了复合泡沫材料的微观结构及压缩断裂后截面形貌,同时对压缩断裂的机理进行了分析。