极端条件下的隔热防护需要材料能够承受剧烈的热冲击以及长时间的高温环境。在这方面,弹性纤维陶瓷气凝胶由于其结构可控、重量轻、比表面积大、导热系数低、热稳定性高以及力学柔韧等优点,使其在防隔热、催化剂载体、环境修复和能量储存等领域具备广阔的应用前景。然而,目前通过静电纺丝-二次交联-定向冷冻以及高压同轴气流吹纺成型的纤维陶瓷气凝胶结构制备方法存在结构可设计性较差、力热性能无法兼顾、宏量制备困难等问题,极大限制了纤维陶瓷气凝胶在各领域的广泛应用。鉴于此,本论文通过开展三维硅酸锆纳米纤维陶瓷气凝胶超隔热材料的多尺度结构优化制备和力热性能一体化调控设计研究,实现了具有超轻高弹、高热稳定性和超隔热特性的一维硅酸锆陶瓷纳米纤维在微观-宏观跨尺度结构-功能一体化设计及可控构筑,并通过结合实验性能测试结果实现了硅酸锆纳米纤维陶瓷气凝胶优异的机械性能和隔热特性一体化增强,为研制新一代高性能防隔热材料及其在国防军事和工业民用领域的规模化制备和广泛应用提供科学依据和技术支撑。本文具体研究内容如下:首先通过配制静电纺丝二元陶瓷前驱体,结合涡流场动力辅助调节静电纺丝三维锯齿状层叠气凝结构成型技术,实现硅酸锆陶瓷纳米纤维在宏观尺度上的结构构筑。通过调整优化前驱体参数配比及静电纺丝控制参数,实现三维硅酸锆纳米纤维陶瓷气凝胶材料的结构-功能一体化宏量制备;然后,结合“两步退火”制备成型工艺技术,原位热处理制备三维超隔热异形构件。通过对静电纺硅酸锆陶瓷纳米纤维的直径和结构分布密度调控设计,实现超隔热气凝胶材料的力热一体化性能的可控增强;最后,系统实验研究了硅酸锆纳米纤维陶瓷气凝胶的力学柔韧性、热稳定性及隔热性能。结果表明,通过可控涡流场气动辅助静电纺丝制备的轻质柔性硅酸锆纳米纤维陶瓷气凝胶,在复杂极端环境下仍表现出优异的力、热性能(95%的压缩应变超弹特性、1300℃的高热稳定性及26 mW m-1 K-1的低导热系数)。研究成果对于航天飞机、军事载具、工业设备和民用建筑等在复杂、极端条件下的隔热防火、节能降耗、减重增容以及低成本推广应用具有重要的意义。