随着人类经济的飞速发展,传统保温隔热材料已日趋不能满足人类的使用需求。气凝胶作为一种纳米多孔材料,具有质轻,低导热系数,高比表面积的特点。其在建筑领域,工程领域,医学领域等应用前景广泛。然而传统制备气凝胶原材料价格昂贵,干燥工艺能耗较高限制了气凝胶的快速发展。本文采用价格较低的高岭土作为原材料,在酸溶状态下获得硅铝混合溶液。通过不同的离子除杂工艺手段,在常压干燥下成功制备了SiO₂气凝胶与铝掺杂SiO₂气凝胶。采用XRD,TEM,BET,TG-DSC,FTIR等技术手段对气凝胶的微观结构、物理性能以及其热学性能进行了表征。采用自制气凝胶与成膜助剂混合,制备低导热系数的气凝胶涂层。通过测试涂层时间滞后因子,表征了其保温性能。实验研究主要得到以下结论:1)高岭土内部含有大量的硅铝元素,经活化后可与盐酸反应获得硅-铝混合溶液。通过阳离子交换树脂除去金属阳离子杂质,在氨水催化作用下获得密度为较低的疏水SiO₂气凝胶。并采用XRD,TEM,FTIR对其结构与性能进行表征,探索了钠离子的存在对气凝胶结构的影响。2)1,2环氧丙烷通过开环反应缓慢调节溶液pH值,促进硅-铝元素共同凝胶。探索了不同因素对凝胶时间影响。可通过调节凝胶助剂,干燥控制剂的用量控制溶胶的聚合反应,使凝胶时间可控。3)SiO₂气凝胶内部铝的含量可通过凝胶助剂、凝胶老化时间、离子除杂以及改性剂的选择工艺调节。最终可以获得铝掺量较高SiO₂气凝胶。4)采用煅烧手段探索铝掺杂SiO₂气凝胶热学性能。结果表明铝元素的存在可以进入Si-O-Si的网络骨架,抑制高温状态无定形SiO₂的晶型转变。铝掺量越高,获得气凝胶密度越大,但体积变化率会变小。5)铝掺杂SiO₂气凝胶在热处理过程会发生体积收缩回弹现象,导致气凝胶体积增大而导热系数降低,改善气凝胶隔热性能。铝元素含量越高,热处理下对气凝胶热学性能影响越大。6)采用自制气凝胶与不同的成膜助剂混合成膜,制备获得常温下导热系数较低的涂层。采用时间滞后因子对涂层的保温性能进行表征,获得保温性能良好的气凝胶涂层。