综述：聚合物泡沫在能源应用中的研究进展：存储、收集、耗散与转换

《Polymer Engineering & Science》：Polymer Foams for Energy Applications: Storage, Harvesting, Dissipation, and Conversion

本综述系统阐述了聚合物泡沫（Polymer Foams）作为多功能材料在能源领域的创新应用，涵盖能量存储（如先进电池、超级电容器（supercapacitors））、能量收集（如摩擦纳米发电机（triboelectric）、热电系统）、热能管理（如相变材料（PCM）、气凝胶（aerogel））及机械能耗散与转换等方向。文章重点突出了其低密度、可调孔隙率及智能响应特性（如自修复（self-healing）、形状记忆），并展望了增材制造、生物启发设计等前沿策略。

　　

ABSTRACT

可持续与高效能源解决方案日益增长的需求，加速了对具有可调特性的多功能材料的探索。其中，聚合物泡沫，特别是柔性聚合物泡沫，因其低密度、可调孔隙率、机械柔顺性和化学多功能性，已成为各种能源相关应用的通用平台。本综述全面概述了聚合物泡沫在四个关键领域：能量存储、能量收集、热能管理以及机械能耗散与转换的最新进展和新兴趋势。

能量存储

在能量存储领域，聚合物泡沫作为轻质导电骨架，为先进电池和超级电容器（supercapacitors）的开发提供了支持。创新的重点集中在纳米材料集成和自修复（self-healing）特性上。通过将导电纳米材料（如碳纳米管或石墨烯）掺入泡沫基体，显著提高了电极的导电性和比表面积。自修复聚合物的引入则能有效修复充放电循环中产生的微裂纹，延长器件寿命，展现了从被动基体到智能响应材料的演变。

能量收集

在能量收集方面，聚合物泡沫被集成到摩擦纳米发电机（triboelectric nanogenerators）和热电系统中，通过优化结构设计以及使用混合和形状记忆复合材料，增强了环境能量转换效率。泡沫的多孔结构可作为有效的摩擦层或为热电材料提供柔性支撑，其可压缩性能够将机械能（如压力、振动）高效转化为电能。形状记忆复合泡沫更能适应环境变化，实现按需能量收集。

热能管理

对于热能管理，聚合物泡沫充当高效的热绝缘体和相变材料（Phase Change Material, PCM）载体。生物基泡沫、阻燃泡沫以及气凝胶（aerogel）增强系统的进展，提供了改进的热调节能力和可持续性。泡沫的孔隙结构能有效限制空气对流，降低热传导，而当其负载PCM时，则能在相变过程中吸收或释放大量潜热，实现温度的智能调控，在建筑节能和电子设备热管理方面潜力巨大。

机械能应用

在机械能应用方面，抗冲击、减振和能量转换泡沫的发展推动了防护装备、智能结构和可穿戴设备的创新。聚合物泡沫通过其孔壁的屈曲和粘弹性耗散机械能，有效吸收冲击能量或抑制振动。更进一步，将压电或摩擦电材料与泡沫结合，可将耗散的机械能实时转换为电能，实现自供能传感或驱动，为智能系统和可穿戴技术提供了新的解决方案。

从被动到智能的演变

综述进一步强调了聚合物泡沫从被动绝缘体到智能多功能材料的演变，这些材料将结构完整性与传感、驱动和自修复（self-repair）等响应行为相结合。当前挑战与新兴策略（如增材制造、生物启发设计和数据驱动的材料发现）一同被讨论，预示着聚合物泡沫在未来能源技术中将扮演愈发重要的角色。

利益冲突

作者声明无利益冲突。