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有机-无机纳米复合材料是制备高性能及功能材料的重要手段，运用多面齐聚的倍半硅氧烷(polyhedraloligomericsilsesquioxane，POSS)作为一种新的化学技术来制备纳米结构的聚合物复合材料正在引起人们的关注。POSS是一类具有三维立体结构的、清晰笼形结构的分子，其化学式为：(RSiO1.5)n(n=6，8，10或更大的偶数，R是有机基团)。POSS分子有一个类似二氧化硅的无机的核，该核被有机基团所包围，POSS笼的物理尺寸大约为1.5nm，与大多数聚合物的链段或无规线团相当。由于POSS本身的杂化特性和所具备的纳米尺度的特征，可以通过化学或物理的方法来制备含POSS的有机-无机杂化的高分子基纳米复合材料，杂化材料的性能可以得到显著改善，例如：使用温度提高，氧气透过性提高，阻燃性及力学性能提高等。
本文工作中合成了六种不同类型的POSS，并通过红外光谱和核磁共振等手段进行了表征。这六种POSS分别是:笼形八聚苯基倍半硅氧烷(Octaphenylpolyhedraloligomericsilsesquioxane，Ph8POSS)、笼形八聚硝基苯基倍半硅氧烷(Octanitrophenylpolyhedraloligomericsilsesquioxane，OnpPOSS)、笼形八聚氨基苯基倍半硅氧烷(Octaaminophenylpolyhedraloligomericsilsesquioxane，OapPOSS)、苯基POSS三醇(phenyltrisilanolPOSS，POSS-triol)、笼形八聚(γ-氯丙基)倍半硅氧烷(Octa(γ-chloropropyl)polyhedraloligomericsilsesquioxane，OcpPOSS)和笼形八聚(γ-氨丙基)倍半硅氧烷(Octa(γ-aminopropyl)polyhedraloligomericsilsesquioxane，OaproPOSS)。在此基础上，采用物理与化学的方法将它们引入到传统的热固性高分子体系中去，例如：环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺，成功制备了含POSS的有机-无机高分子纳米杂化材料，并对其结构与性能进行了深入的研究。通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段研究了杂化材料的形态结构；通过差示扫描量热法(DSC)、热失重分析(DSC)研究了材料的热性能；通过动态热力学分析(DMA)研究了杂化材料的热力学性能。我们得到了如下几个重要结果。
1.通过“物理共混”的方法将笼形八聚硝基苯基倍半硅氧烷(OnpPOSS)引入到四官能度环氧树脂(tetraglycidyl4,4'-diaminodiphenylmethane，TGDDM)中去，得到了含POSS的纳米复合材料，与经过共聚合或共固化的方法将笼形八聚氨基苯基倍半硅氧烷POSS(OapPOSS)引入到四官能度环氧树脂(TGDDM)中去制备的纳米复合材料的结构性能进行了比较研究。研究结果表明：由于两类材料形态结构相似，因而性能相当。
2.将笼形八聚氨基苯基倍半硅氧烷POSS(OapPOSS)作为聚氨酯弹性体的交联剂，部分替代传统的小分子交联剂MOCA(即：4，4’-亚甲基双-(2-氯苯胺))。由于POSS具有的纳米尺度的增强效应，我们观察到在POSS含量极低(小于1.68wt﹪)的情况下，材料的性能就发生较大的改变，表现为玻璃化转变温度升高、热稳定性提高和模量升高，POSS呈现出很强的“纳米增强效应”。
3.将笼形八聚氨基苯基倍半硅氧烷POSS(OapPOSS)引入到聚酰亚胺体系中去，得到一系列含POSS的聚酰亚胺纳米复合材料。研究结果表明：该杂化材料的热稳定性明显提高，其热降解性与阻燃性随POSS含量的增加而提高。
4.本文首次将不完全缩合的POSS引入到热固性的环氧树脂中去。通过控制该复合材料制备过程中的固化反应与相分离动力学，成功得到了两种不同形态结构的杂化材料，即微相分离结构材料和纳米复合材料，并比较了两类杂化材料的性能。结果表明：POSS组分在热固性环氧树脂中的纳米尺度的分布极大地优化了材料的性能。
5.利用固化剂JeffamineD-230，笼型八聚(γ-氯丙基)倍半硅氧烷(OcpPOSS)和环氧树脂单体三者间反应速率的差异，通过控制JeffamineD-230与OcpPOSS和环氧树脂单体之间的反应次序，得到了两种不同形态结构的材料，即微相分离结构和纳米结构材料。我们注意到由于微观形态结构的不同，同一组成的材料的性能明显不同。
6.为改善传统插层剂热稳定性差的缺点，我们以笼形八聚(γ-氨丙基)倍半硅氧烷的铵盐替代传统的有机插层剂得到了POSS改性的蒙脱土，并以POSS改性的蒙脱土去改性环氧树脂，从而将两种制备杂化材料的方法巧妙地结合起来制备纳米杂化复合材料，研究表明材料的热稳定性有较大的提高。