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SiO2气凝胶以密度小、低导热率、质轻等优异性能在建筑保温隔热、航空航天等领域有广泛应用前景,但其特殊的三维网络结构导致其机械性能差、易开裂等问题,限制了实际应用。本文采用溶胶凝胶工艺、常压干燥法制备块状SiO2气凝胶以及有机增强SiO2复合气凝胶,对其进行结构与性能的表征分析。首先,采用正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,三甲基氯硅烷（TMCS）为表面改性剂常压干燥制备块状SiO2气凝胶。当水解温度为50℃,TEOS与乙醇摩尔比为1/10,制备的气凝胶孔隙分布均匀、平均孔径在20 nm左右。经TMCS表面改性后,凝胶表面的亲水性的-OH基团转化为疏水性的-CH3基团,一方面增加了气凝胶的疏水性能,另一方面在干燥过程中对凝胶孔隙起到支撑作用,减少凝胶的收缩。制备的块状SiO2气凝胶密度为0.135 g/cm3,比表面积为824.75 cm2/g,导热系数为0.02776 W/（m·K）,抗压强度达到3.2 MPa。其次,为进一步改善气凝胶的机械性能,采用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）为硅烷偶联剂,2,4-甲苯二异氰酸酯（TDI）和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）为有机物单体,溶胶-凝胶法常压干燥制备有机增强复合SiO2气凝胶。有机物中的-NCO基团一部分遇水转化成-NH2,剩余-NCO基团与凝胶表面的-OH和-NH2分别结合生成氨酯键和稳定的脲基附着在SiO2骨架周围。结果表明,TEOS/APTES摩尔比为1:1时,制备的复合气凝胶密度为0.3755 g/cm3、孔隙率82.93%、孔径分布在30 nm左右,抗压强度达到1315MPa。最后,为探讨气凝胶纳米多孔结构与性能的关系,建立气凝胶原子模型并进行分子动力学模拟与性能计算。通过力学性质计算和表征分析,得到动力学之后的模型均为非晶形态,力学性质与实验制备的相符合,此模拟结果可用于实验数据的补充。