多孔材料质量轻，且具有独特的表面效应和体积效应、优良的力、电、热和声学性能，已经广泛应用于航空航天、化工、建材、冶金等领域。但是由于多孔材料的强度与密度之间通常呈二次方或者更高的幂次关系，其机械性能总是随密度的降低而快速衰减。本文利用界面诱导结晶和纳米粒子诱导聚合物定向聚集两种方法分别将碳纳米管(CNT)和短切碳纤维(CF)“焊接”成高强度、呈三维网络的纤维骨架，同时利用溶胶-凝胶法制备了形貌可控的多孔聚酰亚胺，通过预浸渍法将自焊接碳纤维骨架与多孔聚酰亚胺(PI)复合构建了具有双网络结构的多孔复合材料。这种新材料将保留多孔材料本身的物理化学特性，同时显著提升多孔材料的力学强度以及导电、导热等性能，为超润滑、油水分离和相变控温等材料的高性能化应用提供研究基础。　　首先我们研究了聚乳酸对映体在CNT表面形成耐高温立构复合晶体(Sc)，从而固定CNT三维导电网络结构的可行性。通过“graft from”的方法成功制备了右旋聚乳酸(PDLA)接枝碳纳米管，发现PDLA接枝链可以与左旋聚乳酸(PLLA)基体之间形成稳定的Sc结晶。研究表明，PDLA与PLLA之间的特殊相互作用不仅提高了混合过程中CNT的分散，还有助于促进CNT自组装网络结构的高效化和精细化。但这种CNT-Sc网络骨架的宏观力学性能较弱，尚不能满足增强多孔PI的目的。　　我们进一步尝试采用纳米片层状的氧化石墨烯(GO)作为骨架材料。研究发现，GO-g-PDLA的异相成核作用明显提升了PLLA/GO-g-PDLA复合物的机械性能、导电性能和结晶度。原位FTIR分析和DMA测试表明，Sc结晶从GO表面开始生长，并且将不同的纳米薄层GO有效地桥接起来。但是由于GO薄层的阻隔作用，形成有效的GO-Sc网络骨架需要较高的PDLA添加量，该骨架的孔隙率较低。　　接着，我们选用力学性能优异的短切碳纤维制备自焊接骨架。在以聚苯乙烯(PS)为基体、尼龙6(PA6)为焊接剂制备的自焊接CF骨架体系中，我们首次发现炭黑(CB)和二氧化钛(TiO2)纳米粒子可以有效促进PA6包覆到CF表面，从而大幅度提高CF骨架的力学强度。研究表明，添加5.8 wt％ CB可以促使PS基体中所有的PA6相都均匀粘附与CF表面，而在加入TiO2的体系中，焊接剂则更倾向于聚集在CF的结点处。焊接剂在纤维表面聚集形态的差异是由于所加入的两种纳米粒子具有不同的凝聚特性所致。CB倾向于凝聚形成三维网络结构，会促使焊接剂均匀粘附于CF表面，并抑制毛细管作用力所导致的向CF结点处偏聚。相反，TiO2粒子倾向于形成紧凑的团簇体，会促使焊接剂在毛细管力作用下向CF的交叉点处偏聚。纳米粒子增强的CF-PA6骨架可用于与多孔PI制备复合多孔材料。　　另一方面，我们通过溶胶-凝胶伴随相分离法制备了一系列具有不同孔隙结构的多孔PI，其形貌受到凝胶固含量、单体结构、前驱体聚酰胺酸(PAA)分子量、交联速率与酰亚胺化速率关系等因素影响。最终确定采用刚性更高的4，4'-二氨基-2，2'-二甲基联苯(DMBZ)为二胺单体，所制备的多孔PI能经受真空烘箱干燥，几乎没有收缩，其密度约为0.18 g/cm3，开孔率可达60％。通过调整单体比例和交联剂添加比例可以调控多孔PI的孔隙尺寸(200-1500 nm)。所制备的PI气凝胶与水的接触角高达142.4°，而油可以自发渗入多孔PI中，因此具有极佳的亲油疏水性。　　最后，我们通过预浸渍法制备了CF自焊接骨架增强多孔PI复合材料。实验结果表明，两者界面结合良好，复合材料的综合力学性能优异，并且具有极佳的疏水吸油性。多孔PI具有良好的储油稳定性，其摩擦系数与所存储润滑油的黏度有关，随着黏度的增加而降低，可低达0.05。CF骨架与多孔PI复合可以提高材料的抗压强度和耐磨耗性，但是摩擦系数略有增大。多孔PI、CF骨架以及两者复合物都具有极佳的疏水吸油性，设计并制备了可大规模应用的油水分离装置，该装置可以连续进行油水分离，吸油效率高达17000 g/(h·g)。使用CF骨架增强多孔PI复合材料封装相变材料具有优异的防泄漏性能，同时CF骨架的高导热性使得相变材料具有更快吸热与降温速率，有利于提高相变控温的效率。