仿生中空结构在隔热材料中的热管控应用

张扬帆，刘家鸣，赵浩雨（南京信息工程大学 化学与材料学院 江苏省高校新能源器件与界面科学重点实验室）

摘要：近年来，高性能复合材料的应用需求与新材料结构设计相互促进、共同发展。仿生结构研究为创造高性能复合结构材料提供了创新源泉，也为设计开发新型功能器件提供了高效方法。南极企鹅羽毛和北极熊毛发均具有天然的微纳米级大孔结构，其低热导率有利于企鹅和北极熊在极寒地区维持体温。基于中空结构优异的隔热特性，研究人员已在多种尺度上仿生设计并宏量制备一系列隔热材料，并对其性能开展了系统研究，促进了该类材料的工程化应用。本文综述了以中空大孔结构的企鹅羽毛和北极熊毛发为灵感设计的仿生隔热材料研究。该类材料具有微米级孔隙结构，其孔径尺寸接近分子自由程。通过建模分析，进一步揭示了仿生中空结构中的热量传递机制。本文重点综述了仿生中空隔热材料的研究进展，展望了该类材料未来的研究方向，探究了其在界面光热蒸发、能源利用和生态保护等方面的潜在价值。通过对生物结构特性的深入解析及其在应用中的构效关系研究，有望推动设计开发结构稳定、性能卓越的仿生材料。

关键词：仿生结构；中空隔热材料；分子自由程；界面光热蒸发