通过硅烷偶联剂对氧化钆(Gd2O3)进行表面改性处理制备了改性氧化钆(M-Gd2O3);采用水热法合成了Gd-MOF[Gd4(1,2,4,5-BTEC)3];将聚酰亚胺(PI)分别与Gd2O3、M-Gd2O3、Gd-MOF耦合制备了Gd2O3/PI、M-Gd2O3/PI、Gd-MOF/PI 3种复合屏蔽材料。通过SEM、EDS、FT-IR、TGA对复合屏蔽材料进行表征，结果表明，成功实现了M-Gd2O3与Gd-MOF的合成；在钆质量分数为4%时，3种复合屏蔽材料的T5%均在500℃以上；随着钆质量分数的进一步提高，3种复合屏蔽材料的热稳定性均出现不同程度的下降。拉伸试验结果表明，在钆质量分数为4%时，3种复合屏蔽材料的断裂强度相较于纯PI有不同程度的提升。通过现场实验测量和SuperMC模拟研究了复合材料的热中子屏蔽性能，Gd质量分数为4%的Gd-MOF具有高屏蔽性能、高耐热性。