空心玻璃微珠（HGB）的表面功能化是提高HGB功能复合材料性能的关键。HGB可用于填充聚合物制备轻质高强复合材料，其关键是如何提高HGB和基体树脂之间的界面结合力。HGB也可作为载体，在其表面负载纳米材料构筑新型核壳复合结构，解决纳米材料易团聚、难分散的缺点，并可赋予HGB新的性能。本论文采用稀土材料对HGB进行表面改性，致力于研制HGB功能复合材料，对其开展微观结构和性能的研究。采用稀土镧络合物对HGB进行表面改性，通过溶液共混法制备PVDF/HGB复合材料，采用SEM、XRD、DSC测试方法研究PVDF/HGB复合材料的微观结构和结晶性能。SEM分析显示HGB经过稀土镧络合物表面改性后，与PVDF基体的界面结合力明显增强。XRD结果表明HGB的加入没有改变PVDF的结晶结构。采用Jeziorny法和Mo法对PVDF和PVDF/HGB复合材料的非等温结晶动力学进行了研究，结果表明：HGB抑制了PVDF的结晶，降低了复合材料的结晶速率。采用稀土离子对HGB进行表面改性，通过熔融共混法制备了PP/HGB、HDPE/HGB、PS/HGB和ABS/HGB四种复合材料，研究了复合材料的微观结构、力学性能和结晶性能。经稀土离子表面改性后的HGB与高分子基体树脂的界面结合力得到提高，复合材料的综合力学性能得到改善。硝酸钕表面改性的HGB可以促使PP产生少量β晶，但降低了PP的结晶速率。硝酸钕表面改性的HGB没有改变HDPE的晶型，其促使HDPE的相对结晶度增大。设计并制备了亚微米氧化锌包覆HGB复合结构，以HGB为载体，采用溶胶-凝胶法在HGB表面制备ZnO种子层，再在低温液相条件下，在生长液中生长有序的ZnO亚微米棒，制备得到ZnO包覆HGB复合结构。研究结果显示：在最佳反应条件下，HGB完全被ZnO亚微米棒包覆，ZnO亚微米棒具有良好的取向，截面呈六边形结构，平均直径为300～400nm，XRD分析表明ZnO亚微米棒为纤锌矿结构。ZnO种子层、生长液浓度和反应温度等条件影响复合结构的微观形貌。同时研究了稀土掺杂对HGB/ZnO复合结构的影响。采用均匀沉淀法制备稀土氧化物包覆HGB复合结构，控制适宜的生长液浓度、反应温度和反应时间等工艺参数可制备“梭形”纳米CeO₂包覆HGB复合结构，大部分CeO₂纳米棒垂直于HGB表面。同时制备并表征了HGB/Y2O₃、HGB/Dy₂O₃、HGB/Yb₂O₃和HGB/Y₂O₃:Eu³⁺复合结构。