气凝胶是一种纳米多孔轻质隔热材料,具有高孔隙率、高比表面积等优异性能,可广泛应用于建筑节能、航空航天、催化吸附等领域。本文通过分子动力学方法模拟了气凝胶纳米多孔结构的自组装过程,对比分析了不同密度气凝胶的结构及性能,并通过建立单元体传热模型计算得到各种气凝胶的导热系数,分析了气凝胶的传热特性。首先,对SiO₂气凝胶进行微观原子尺度的动力学计算,研究纳米多孔结构的自组装过程,并对不同体系进行能量、多孔结构、原子间结合力及力学性能分析。结果表明,非键相互作用中的范德华力主导了自组装过程。当密度为0.078g·cm^-3时,形成的结构以纳米团簇为主;当密度超过0.172 g·cm^-3时,可形成以硅、氧元素为主体的无定形骨架结构。原子间结合力的增强导致其运动活性降低,可自由移动空间减小。当SiO₂气凝胶密度为0.078⁰.443 g·cm^-3时,弹性模量为0.126 5⁰.788 9 MPa,与密度成线性关系。模拟结果与实验值吻合度较高。其次,模拟实现了聚脲/SiO₂复合气凝胶纳米多孔结构的自组装过程,并对比分析了各体系的能量、均方位移、多孔结构及力学性能等。研究表明静电相互作用是其多孔结构自组装过程中的主导因素,且聚合链的扩散运动性随密度增加而逐渐降低。当密度超过0.236 g·cm^-3时,可形成骨架结构,且随密度增加骨架结构逐渐变粗。当密度为0.236⁰.512 g·cm^-3时,弹性模量为85.39²13.94MPa。相比于纯SiO₂气凝胶,经聚合物交联后增强了骨架结构中二次粒子的连接部位,弹性模量提高了190²40倍。最后,针对纳米多孔绝热材料的微观结构,建立了纳米孔隙计算模型,综合考虑了气凝胶颗粒的气固耦合热传导、孔隙中的气相传热及辐射传热,最终推导出有效热导率的计算表达式。采用传热模型计算了几种气凝胶的热导率,结果与实验值吻合度较高。通过分析温度、密度、比表面积等因素对气凝胶热导率的影响规律,表明气凝胶存在最佳密度使其导热系数最低。在高温下辐射传热为主要传热方式,添加纤维会显著降低气凝胶在高温下的导热系数。