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隔热材料气体热传导抑制效率低是目前隔热领域面临的一个主要难题。为解决这一难题,本文提出用由2维材料构成的具有纳米多孔结构的3维材料来抑制气体热传导的设想。首次将石墨烯气凝胶应用于隔热领域,提出通过引入缺陷和杂化的方法解决其固态热导率高的难题,通过减小孔径的方法解决其难以抑制气体热传导的难题,制备了密度低、热导率低、气体热传导抑制效率高的N杂化石墨烯气凝胶。在此基础上,为解决N杂化石墨烯气凝胶抗拉伸性能不足的问题,提出通过长纤维导向实现石墨烯定向排布并对其进行增强的新方法,不仅大幅提高了其拉伸强度,而且充分利用了2维石墨烯的各向异性。为解决N杂化石墨烯气凝胶耐温性不足的问题,提出通过将面外杂化转化为面内杂化提高杂化石墨烯稳定性的新方法,解决了杂化原子高温下易于脱除的难题。主要结果如下:（1）以氧化石墨烯水分散液为主要原料,对苯二胺为杂化还原剂,氨水为还原促进剂,采用化学还原一步法,经90℃保温凝胶,梯度置换,超临界CO2干燥制备了密度低、缺陷和杂化含量高、孔径小的N杂化石墨烯气凝胶。其热导率（0.0232W/（m·K））仅有之前文献报道最小值的约1/2,甚至低于静态空气的热导率,是目前常温常压热导率最低的石墨烯气凝胶。与SiO2气凝胶相比,其热导率相当,但密度明显降低,隔热效率明显提升,其中气态热传导抑制效率提高1倍以上。（2）首次揭示了N杂化石墨烯气凝胶的隔热机理。结合分子动力学模拟的方法揭示了其固态热导率较低的原因为:（1）石墨烯上大量的缺陷和杂化原子;（2）石墨烯层片之间的相互交叠、较少的连接和桥连;（3）石墨烯较小的片径;（4）石墨烯气凝胶较低的密度和复杂的结构。其中,片内热阻在降低其固态热导率方面发挥了最为重要的作用。提出了有效孔径和统计学有效孔径的概念。虽然N杂化石墨烯气凝胶的有效孔径大于其实际孔径,但统计学平均孔径小于其实际孔径,因此抑制气体热传导的效率较高;另外,N杂化石墨烯气凝胶中还存在一定量的气-固耦合热导率,降低2维材料的热导率是进一步降低这一新型材料热导率的关键。石墨烯的2维结构、极高的不透明度及N杂化石墨烯气凝胶多孔结构对辐射进行多次的反射、吸收和再辐射则是其具有较低辐射热导率的主要原因。（3）以超细石英纤维为导向和增强体,实现了N杂化石墨烯沿平面方向定向排布,制备了低密度、高拉伸强度、低热导、各向异性的N杂化石墨烯气凝胶隔热复合材料。N杂化石墨烯气凝胶隔热复合材料可用长纤维增强复合材料的模型表示,其中纤维强度和密度均远大于基体,基体厚度方向的强度低于平面方向。其固态热导率相比于纯N杂化石墨烯气凝胶未发生明显变化,但孔径增大导致气态热导率增加。其厚度方向的热导率明显小于平面方向,有助于防止局部过热,提高隔热性能。300℃热处理后,其隔热性能提高,400℃热处理后,其隔热性能略有降低。N杂化石墨烯气凝胶隔热复合材料之所以热导率较低,是因为气凝胶填充在纤维之间的孔隙中,可以减弱纤维之间的“热桥”效应,减小固态热传导;消除对流传热,抑制气体热传导;同时N杂化石墨烯具有良好的遮光性,可以抑制辐射热传导。（4）通过高温热解制备了密度较低、热导率较低、耐高温、阻燃的热解N杂化石墨烯气凝胶。其热解过程主要包括吸附水分等的挥发,羟基缩合为环氧基,羧基脱除,氨基N转化为吡啶N和吡咯N,环氧基和部分氨基脱除,吡咯N重排转化为石墨化N,酮基及剩余羟基脱除,吡啶N和石墨化N脱除,石墨烯上C原子重排修复缺陷等几个过程。热解后其耐温性提高,在空气中可以承受酒精灯火焰的温度。随着热解温度提高,其热导率呈现先稳定再增大的趋势。1000℃热解后,其密度和1000℃热导率分别仅为0.030g/cm3和0.134W/（m·K）,隔热效率明显高于其它耐高温隔热材料。热解后N杂化石墨烯上出现了吡啶N和石墨化N两种新化合态的杂化原子,此二者均能有效地抑制石墨烯的热导率,但效率略低于吡咯N和氨基N;热解N杂化石墨烯气凝胶其它隔热机理均与N杂化石墨烯气凝胶一致,只是在热解温度较高时,固态和气-固耦合热导率有所上升。