POSS是一类拥有-Si-O-Si-结构单元的含硅材料,具有纳米尺度、有机无机杂化、有机基团和无机骨架可调的特点,常被用作改性剂来优化材料的热稳定性、力学和介电等性能。随着航空、航天等高科技领域的飞速发展,对材料的综合性能要求越来越高。高超声速飞行器表面热防护涂层材料需要其本身具有较高热稳定性,同时还应兼备良好的力学性能。本文针对制约POSS基高性能和高附加值材料的重大科学问题和关键技术,探讨了含苯基的双官能团POSS的合成工艺,并运用所合成的特定POSS,研究了笼型骨架结构及通过TEOS调控无机组分含量对热防护涂层材料热稳定性和力学性能的影响规律,最终获得了兼备高热稳定性和良好力学性能的热防护涂层材料。分别利用含有苯基和乙烯基的POSS为原料,通过氟离子催化重排的方法,合成了具有双官能基团的苯基乙烯基POSS。研究了溶剂、反应物的种类和反应物料的配比对POSS组成和结构的影响,并利用红外光谱分析和质谱等分析测试方法对产物的结构进行了表征。实验结果表明:初始反应物料中苯基POSS:乙烯基POSS的质量比为15:1时,所得到T₁₀构型的双管能POSS目标产物为Vinyl₁Ph₉POSS。当苯基POSS:乙烯基POSS的质量比为7:1时,所得到的T₁₂构型的POSS产物为Vinyl_xPh_（12-x）POSS（x=1³）。利用热重测试,对所合成的双管能POSS进行了热性能分析,测试结果表明:T₁₀构型的Vinyl₁Ph₉POSS比T₁₂构型的Vinyl_xPh_（12-x）POSS（x=1³）具有更好的热稳定性;POSS笼型结构中双官能团的比例不同,其耐热性存在差异,T₁₀构型中Vinyl₁Ph₉ POSS具有较高的热稳定性,其T_d5%>500°C。为了优化POSS基热防护涂层的热稳定性和力学性能,本文分别研究了不同笼型骨架结构和不同TEOS含量对杂化膜层热稳定及力学性能的影响。通过原子力学显微镜、纳米压痕、纳米划痕和热重分析等测试方法,对杂化膜的形貌、力学性能和热稳定进行了表征。结果表明:具有T₈+T₁₂骨架结构的苯基POSS由于其不同笼型尺度在膜层中易于相互堆叠形成更加致密的结构,缺陷更少因而其改性杂化膜硬度最大为5.28 GPa,膜基结合强度最大为2 mN,其T_d5%可达550℃。综合考虑膜材料的力学性能和热稳定性,20 wt%TEOS改性苯基乙烯基有机无机杂化膜脆性指数最低为0.37,膜基结合强度最大为6.3 mN,显微硬度为4.46 GPa,弹性模量为12.00 GPa,此外其T_d5%大于550℃,性能最优。