高效的热能转换、存储和管理对于全球能源可持续性以及现代电子设备和工业系统的稳定运行至关重要 [1]. 这些应用的核心是热功能材料，它们决定了热传输、散热和能量存储性能。传统热材料存在固有的性能限制，例如低热导率和缓慢的相变动力学 [2]. 纳米技术领域通过修饰微观结构和工程化纳米界面，为解决这些约束提供了实际方案 [3]. 功能纳米材料和纳米结构的集成可以增强基体热材料的热物理性能并提高其运行性能。然而，将纳米材料和纳米结构纳入热系统也带来了实际问题，包括颗粒团聚、高界面热阻、重复热循环过程中的降解以及加工成本 [4]. 因此，合理选择纳米材料和技术、适当的合成路线、表面功能化以及结构设计，对于在实际应用中有效部署纳米增强热功能材料至关重要 [5].
本特刊"纳米增强热功能材料进展"汇编了八篇精选贡献（六篇研究论文和两篇综述），涵盖了纳米增强热存储、高导热纳米复合材料以及增材制造冷却设备，以及专用热传感、低温环境催化和等离子体光热管理柔性传感平台，为下一代热能技术的生产提供了宝贵的见解。
纳米增强相变材料（PCMs）和热存储是本合集的主要焦点，解决了储热能力、热导率和结构设计方面的关键瓶颈，以提高整体储能效率。在高温四元熔融硝酸盐中，Zhu 等人证明，掺入具有最佳配方的纳米 SiO2/MgO 颗粒可同时增强比热容和热扩散率 [6]. 关于结构优化，Wang 等人采用实验与数值相结合的方法，揭示了金属泡沫中微观孔隙形状如何控制有机石蜡复合相变材料的熔化和凝固行为 [7]. 作为这些主要研究的补充，Tao 等人全面回顾了通过复合各种碳纳米材料来增强水合盐热物理性能的最近进展——水合盐是另一类在低至中等温度下广泛使用的低成本无机相变材料 [8]. 他们系统地讨论了代表性的制造策略、碳纳米填料的选择以及这些碳增强相变材料复合材料的改善热管理性能。除了传统的纳米尺度复合优化外，从分子维度探索热存储机制为根本性突破提供了机会。最近的研究表明，利用应变分子异构体可以在无溶剂条件下实现高密度太阳能收集和控制热量提取 [9]. 同时，将光开关掺杂剂集成到有机相变材料中引入了一个活化能势垒，抑制了自发热损失，使得在结晶点以下实现光触发的潜热释放成为可能 [10].
此外，几篇贡献针对先进的热管理材料、界面和冷却设备，侧重于被动冷却、封装和高热通量散热，以减轻高功率应用中的局部热集中。针对碳纤维增强塑料（CFRP）基体的本征热导率限制，Bibinger 及其同事证明，将碳纳米管巴基纸（8 wt.%）掺入 CFRP 层压板中，在保持机械完整性的同时，显著提高了有效热导率，并在高热通量热辐照下将热致损伤的起始时间推迟了多达 20% [9]. 从复合材料过渡到先进冷却硬件，Ji 等人报告称，利用 3D 打印制造平板振荡热管翅片散热器，相对于实心翅片散热器，热阻降低了 65.6%（降至 0.11 °C/W），同时在各种倾斜角度下表现出优异的热性能 [10]. 通过合理的分子水平设计——例如利用刚性侧基动力学 [11], 超拉伸聚乙烯中反映的链取向工程 [12], 或同时工程化强的分子内共价键和分子间相互作用 [13]——可以在不牺牲结构均匀性的情况下提高有机聚合物的本真热导率。
最后，本合集突出了专用的热传感、催化和多功能纳米结构，展示了热功能材料的高度跨学科应用，延伸至诊断、环境修复和柔性系统。针对微/纳米颗粒燃烧中测量快速瞬态温度的挑战，Li 等人开发了一种混合 PMT/CMOS 高温测量系统，能够准确捕捉单个燃烧燃料颗粒（例如 Al、Mg、B 和 B4C）的时间温度演化和界面火焰特性 [14]. 对于环境催化，Doroftei 证明纳米晶铁锰酸盐可以作为贵金属催化剂的经济替代品，在 300 °C 下的热催化燃烧过程中实现 97% 的乙醇转化率 [15]. 这项工作突出了纳米级过渡金属氧化物如何降低危险挥发性有机物（VOCs）热燃烧的活化能势垒。将纳米结构的应用范围扩展至多功能柔性系统，Peng 等人的综述系统地评估了可拉伸 SERS 平台，强调了等离子体光热效应的热管理和弹性体基质稳定性如何能够实现应变可调的热点配置，用于超高灵敏度的贴合分子传感 [16]. 最近的进展通过耦合本征热状态与化学和生物功能，进一步扩展了这一跨学科前沿。新兴研究表明，将光热或热电纳米结构集成到水凝胶和气凝胶基体中，可以同时促进用于柔性诊断的自供电多重生物传感，并加速用于太阳能驱动环境修复的界面质量传递 [17,18].
虽然这里展示的研究提供了有价值的例子，但纳米增强热材料仍然存在着巨大的未探索机会和紧迫的科学挑战。将这些材料从实验室研究转化为工业实施，需要克服关键的制造和建模瓶颈，包括可扩展、具有成本效益的纳米制造和高保真界面热传输建模。我们要向所有作者和审稿人致以真诚的谢意，感谢他们的贡献。我们希望本特刊能作为一个建设性的基础，激发关于纳米增强热功能材料的进一步探索和技术突破。
