热固性树脂是一种可以实现三维交联并具有稳定分子网络结构的聚合物。热固性树脂具有优异的机械性能、突出的耐温性能和丰富的可加工特性等优点,因而在工业化生产过程中获得了广泛的应用。热固性树脂基多孔材料,简称热固性多孔材料,以其独特的孔道结构带来的新颖物理化学性质,在工业建筑、能源存储与转化、传感器和生物医疗等领域展现出了广阔的应用前景。伴随着高分子科学和纳米科学的迅速发展,各种热固性多孔材料不断涌现,造孔方法也更加多样化。但由于目前热固性多孔材料的应用潜力尚未充分挖掘,相关的基础科学理论也不够完善,从而制约了此类材料的更深层次的研究、开发和工业应用。因此,在热固性树脂已有研究的基础上,深入探讨热固性多孔材料的合成新理论,开发热固性多孔材料的新结构,对今后实现更优质的多孔材料开发以及应用具有重要的意义。本论文主要围绕具有隔热防火性能的热固性轻质多孔材料的设计、制备及应用开展了较系统的研究。首先,阐述了多孔材料的一般特性（力学、传质、传热）,然后总结了常见的和新型热固性树脂类型,着重比较了热固性多孔材料主要造孔方法,阐述了热固性多孔材料的凝胶和固化工艺的重要性。基于以上文献分析和总结,并通过进一步的实验探索,发展了三种新型热固性多孔材料。通过合理的结构设计和与多种纳米结构单元的复合,在组分和微观结构上对材料结构进行调控,制备出高性能的新型热固性多孔材料。取得主要研究结果如下:1.利用酚醛树脂（PF）水热聚合反应和氧化石墨烯（GO）水热凝胶效应相结合的方法,制备了一种新型轻质多孔的复合气凝胶材料。依据气凝胶的微观结构分析,揭示了水热反应釜中流体对流的真实情况。适当浓度的氧化石墨烯能够在反应容器中形成液晶,随着水热反应温度的升高,氧化石墨烯纳米片受到粘性力的作用而沿着自然对流的方向取向排列。借助热固性酚醛树脂的原位交联作用能够实现取向的氧化石墨烯液晶的固定并形成凝胶GO/PF。研究结果表明,温差和反应釜的几何对称性是形成环形对流的主要原因。其中,温差和反应釜的尺寸是水热流体行为最重要的影响因素。结合气凝胶的微观结构和理论计算发现,在反应釜内的底部溶液存在由不稳定性流动引起的羽流,这种非均匀流动不利于高长径比纳米材料和块状凝胶的制备。值得注意的是,由于流动的影响不可忽视,对于某些纳米线、纳米片,特别是凝胶,大规模的水热合成可能是不可行的。GO/PF这种独特的材料结构和凝胶机制为理解水热反应中的流体行为提供了新的见解。2.采用冷冻铸造和低维纳米材料复合相结合的方法,制备了一系列基于热固性树脂的各向异性仿生阻燃隔热材料。以密胺树脂作为基体,将氧化石墨烯（GO）、蒙脱土（MMT）等二维纳米片和二氧化硅气凝胶（SiO2aerogel）引入到各向异性仿生隔热材料的孔壁上或孔道中。结果表明,纳米片能够在孔壁上均匀分布,而SiO2气凝胶则几乎充满整个孔道,从而成功制备出可有效阻隔热量传导的复合型热固性多孔材料。通过调节孔径的尺寸、孔壁厚度或构建层状孔道结构,可以显著提高热固性多孔材料的隔热性能。实验结果表明,通过该方法制备的热固性多孔材料的热导率极低,阻燃性能优异。这种复合型热固性多孔材料在酒精灯火焰（600℃）上燃烧10分钟后,残碳率高达60 wt%。其中,包覆在孔壁表面的蒙脱土纳米片在高温条件下能有效阻隔火焰的传递。这种各向异性结构的复合型热固性多孔材料为今后阻燃隔热材料的研发和应用提供了新的设计理念。3.发展了一种直接发泡法制备具有等级孔结构的泡沫气凝胶新技术。这种直接发泡工艺操作简便、成本低廉,仅需要将密胺树脂和增稠剂混合,而后再添加适量疏水气凝胶便可以直接在涂料浆液中产生稳定的泡沫。这种利用疏水气凝胶的特性所制备的泡沫涂料浆液能够在自然条件下干燥成型,进而形成性能优异的多孔气凝胶涂层。研究发现,气凝胶颗粒的用量对浆料的流变性能和微观形貌起到决定性的作用。通过对这种直接发泡技术原理的深入研究,发现疏水SiO2同时起到稳定剂、发泡剂和填充剂的作用,既能稳定大量水性气泡,又能提高泡沫气凝胶的隔热性能。采用该方法制备的泡沫气凝胶无需苛刻的特殊干燥技术（如超临界干燥）,并且可以实现具有低导热系数（27 mW m-1 K-1）的涂层制备。经估算,使用该技术制备的气凝胶泡沫涂料涂覆的建筑物节能效率可提高15%以上,有望在建筑节能保温领域获得应用。