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引言

转眼间，2025年即将落下帷幕。在这一年里，热管理领域继续以惊人的速度演进，从微观材料设计到宏观系统架构，一次次突破极限的技术创新正在悄然重塑我们的世界。固态制冷首次迈入“空调工程量级”，液冷被纳入数据中心碳中和算式，热管理从电池模组延伸至卷芯内部，芯片级声子工程揭示界面热阻新奥秘，被动辐射制冷实现AI时代可编程，而柔性热电与超弹性气凝胶等新材料体系不断拓展热能管理的边界。这些成果不仅展示了科学探索的智慧，也为能源效率、可持续发展与人类生活方式提供了全新可能。

在这一年里，全球科研团队用智慧与汗水书写了热管理的前沿篇章：从高功率固态制冷到液态偶极热循环，从纳米介孔透明隔热材料到热电磁电柔性器件，每一项创新都为产业应用提供了坚实支撑，也让我们看到了热能掌控的未来图景。

2025的岁末，2026的年初之际，“洞见热管理”为这些探索与突破的科研以及产业界人士送上最真挚的祝福：愿科学与创新的热流，温暖每一位热管理领域的追梦人，也照亮未来可持续、智能、高效的世界。愿新的一年里，智慧与激情持续交融，技术与梦想携手前行。

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Nature全球首台，固态制冷第一次进入“空调工程量级”

2025 年，香港科技大学机械及航天工程系姚舒怀教授和孙庆平教授带领的团队在《Nature》发表的千瓦级弹卡固态制冷系统，首次将弹卡制冷从长期停留的百瓦级实验室演示，真正推入可为空间制冷服务的“空调工程量级”，标志着固态制冷第一次具备替代蒸气压缩空调的物理与工程可能性。这项工作并非简单的材料性能提升，而是确立了一条全新的制冷系统放大范式：通过“材料串联—流体并联”的多胞架构，实现热功率的结构化堆叠，并借助高比表面积镍钛薄壁管与石墨烯纳米流体显著抬升高频换热极限，在 3.5 Hz 下实现 12.3 W/g 的单位质量制冷功率、1.28 kW 的系统制冷能力和可真实降温房间的工程验证，第一次同时解开了弹卡制冷长期存在的功率规模、换热效率与结构稳定性三大工程死结。这一成果意味着，在 HFC 制冷剂受全球管控的大背景下，制冷技术开始出现“无制冷剂”的结构级替代路径，制冷系统的演进方向正在由“材料现象驱动”转向“架构堆叠 × 纳米流体增强 × 固态功能材料协同”的新范式，标志着空调产业底层制冷路线第一次出现实质性动摇。

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液冷第一次被写进“碳中和算式”，而不只是PUE优化工具

微软联合 WSP 在《Nature》发表的这项生命周期评估研究，第一次将冷板与单相/两相浸没冷却从“效率优化工具”提升为“碳中和战略变量”，系统证明先进液冷不仅降低PUE，更能在数据中心完整生命周期尺度上显著重塑能源、水资源与温室气体排放结构：在制造—运行—报废的全链条框架下，液冷相较风冷可降低至少 15–21% 的温室气体排放、15–20% 的能源需求和 31–52% 的蓝水消耗，并在 100% 可再生能源情境下进一步放大节水与减排收益。这项工作首次把冷板、浸没冷却写进“净零路径算式”，将液冷从“工程散热方案”升级为“云基础设施可持续架构核心组件”，也明确释放出一个关键产业信号：在摩尔定律与Dennard缩放放缓、GPU热流密度持续上升、PFAS法规趋严的现实约束下，未来数据中心的竞争不再只是算力与能效，而是由冷却架构、生命周期碳账与法规适配能力共同决定，液冷正式成为云计算长期扩张的结构性基础设施变量。

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热管理第一次进入“电池内部”，安全开始前移到卷芯尺度

北京理工大学宋维力、孙磊以及陈浩森团队在《Nature》发表的这项植入式无线传感系统研究，第一次将热管理从电池外部壳体与模组层级，真正推进到电芯卷芯内部这一“事故源头尺度”，通过可嵌入果冻卷结构的微型低功耗传感单元，实现对内部非均匀温度与应变场的实时无线监测，并在不显著影响电池性能的前提下建立起可用于内部短路与热—机械失效的早期预警模型。这项工作实质性打破了锂电安全长期依赖“事后检测、外部响应”的被动范式，将热失控防控前移为“源头感知、结构级预警”的主动架构，也意味着动力电池的热管理开始从冷却工程延伸为嵌入式安全基础设施，热管理不再只是把热带走，而是开始直接参与事故发生前的风险判定与寿命管理，为电动车、储能系统的规模化安全运行建立新的底层技术支点。

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热阻第一次被“看见”，芯片散热开始进入声子工程时代

北京大学物理学院高鹏教授团队在《Nature》上围绕非均匀应变调控与跨界面声子输运连续发表的两项工作，第一次在实验尺度上把长期被视为“黑箱”的芯片界面热阻打开，将热管理从宏观材料参数设计推进到原子尺度的声子工程层级：通过构建应变梯度场实现对硅纳米带热导率的反常抑制，并首次利用原位 STEM-EELS 在 AlN–SiC 界面直接绘制出纳米级温度分布与非平衡声子态图谱，实证揭示界面模式如何作为“声子桥”参与非弹性散射并重塑跨界面热流路径。这一系列成果不仅突破了长期缺乏纳米尺度热阻原位表征手段的瓶颈，更在方法论上建立起“声子输运电子显微术”这一全新工具体系，使界面热阻从不可见的经验参数转化为可被设计、可被工程化的物理对象，标志着芯片级热管理正式进入“声子可视化 × 界面可编程”的深水区，为先进封装、宽禁带功率器件与高热流密度芯片的下一代散热架构提供了全新的底层设计逻辑。

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辐射制冷第一次进入“AI时代”，被动降温开始可编程

上海交通大学周涵、张荻院士团队，联合新加坡国立大学仇成伟院士团队、美国德克萨斯大学奥斯汀分校郑跃兵教授团队在《Nature》发表的这项研究，首次将机器学习引入辐射制冷与热辐射超材料的“底层设计逻辑”，把原本依赖经验试错的光谱调控转化为可逆向、可全局优化、可批量生成的算法工程体系，从而使辐射制冷材料第一次具备“按场景编程”的能力。通过构建覆盖 0.25–25 μm 超宽波段、三维结构自由度与多材料组合的通用逆向设计框架，团队不仅实现了对大气窗口发射、太阳反射、双波段选择、热伪装、Janus 双模等复杂光谱目标的精准调控，还在真实户外场景中验证了其建筑降温与节能减排能力。这项工作实质性地将被动辐射制冷从“材料偶然突破”升级为“算法驱动的光谱工程平台”，标志着建筑、城市与航天领域的热管理开始进入“可设计、可定制、可规模化复制”的新阶段，辐射制冷也由此成为碳中和背景下可被系统性部署的结构级降温基础设施。

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“热电橡胶”诞生：人体热能进入可拉伸固态发电时代

北京大学材料科学与工程学院雷霆教授团队在《Nature》发表的这项研究，首次构建了兼具高热电优值、高拉伸回弹性与低模量的新型 n 型热电弹性体体系，实质性突破了热电材料长期存在的“性能–柔性–适形性”难以兼顾的核心瓶颈，使可穿戴热电器件从“可用”走向“可长期稳定贴肤工作”。研究通过将体相纳米相分离、热激活交联与靶向掺杂三种机制整合进单一材料体系，成功制备出具备橡胶级 150% 应变恢复能力、且在形变状态下仍保持与柔性无机热电材料相当 ZT 值的热电弹性体，打破了“引入弹性体必然稀释热电性能”的传统认知，并通过构建高度 n 型掺杂、弹性体包覆的半导体聚合物纳米纤维网络，实现了高电导率与低热导率的协同优化。该工作不仅在材料层面奠定了“热电橡胶”这一全新体系，更在应用层面首次展示了弹性热电发电机对人体废热的高效捕获能力，标志着可穿戴设备、电子皮肤与生物传感系统开始进入可持续、共形、固态自供能的新阶段，为柔性热管理与人体能量回收开辟了结构级材料路径。

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“压热革命”正在发生：OIPC 打开无制冷剂固态制冷新路线

澳大利亚迪肯大学Jennifer M. Pringle教授联合莫纳什大学Douglas R. MacFarlane教授团队在 2024–2025 年连续发表于《Nature》《Science》的系列工作，系统性奠定了有机离子塑料晶体（OIPC）作为下一代固态制冷与热能存储材料的材料学基础与工程可行性边界：在《Nature》中，团队首次提出并验证了整合潜热、显热与热化学储热的“三模态”协同储热材料体系，为低成本、高能量密度的热能存储建立了结构级新范式；而在《Science》中进一步发现 OIPC 在中等静水压力驱动下可发生一级固–固相变，展现出迄今少见的“巨型压卡效应”，其转变温度压力敏感性最高达 23.7 K/kbar，绝热温变超过 60°C，且兼具低蒸汽压、可逆性好、循环稳定性高等关键工程属性，首次将固态压热制冷推入可替代氢氟烃制冷剂的现实技术区间。该系列研究不仅为全球空调与制冷系统的脱氟、降碳提供了材料级解决路径，更揭示了通过离子结构设计调控相变自由度、体积变化与熵变的可编程热功能材料范式，标志着制冷技术正在从“压缩流体时代”迈向“可设计固态相变时代”。

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把“脆性”改写成“可塑”：无机热电材料首次跨入可穿戴时代

中国科学院上海硅酸盐研究所史迅、陈立东、仇鹏飞团队在《Science》发表的这项工作，首次通过反位缺陷工程从材料内禀结构层面重构了经典碲化铋（Bi₂Te₃）热电半导体的力学本性，在不牺牲、甚至同步提升热电性能的前提下，实现了块体无机半导体前所未有的室温异常塑性，使“高性能”与“高延展”这两个长期对立的属性首次在成熟热电体系中实现共存。研究通过在单晶 Bi₂Te₃ 中构建高密度、多尺度反位缺陷网络，诱导形成复杂微结构协同参与的可滑移变形机制，使材料由传统 <1% 断裂应变的典型脆性体转变为可发生显著塑性变形的“类金属塑性半导体”，同时将室温热电优值 zT 提升至 1.05，达到当前最优脆性热电材料水平。该成果不仅确立了“缺陷即功能”的全新设计范式，也在工程意义上打开了块体无机热电材料直接走向柔性器件、可穿戴自供能系统与新一代热管理组件的现实路径，标志着高性能热电材料开始进入可变形电子与贴肤应用的结构级时代。

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可蒸发又耐久：水泥基复合涂层实现全天候被动降温

新加坡南洋理工大学李洪教授团队在《Science》报道了一种兼具辐射与蒸发双重降温机制的水泥基涂层（CCP-30），为建筑节能和城市热岛缓解提供了可持续方案。该涂层通过材料结构优化，实现了高达 88%-92% 的太阳反射率、95% 的大气窗口辐射率，以及约 30% 的水分保留能力，同时具备“自我补水”功能，使其在潮湿和多云环境下仍能维持稳定光学性能。与传统白色涂料相比，实地测试显示 CCP-30 在热带气候中显著降低建筑表面温度，其性能与理论预测高度一致。该工作突破了被动降温在高湿和非理想天气条件下的应用局限，提供了一条兼顾耐久性、机械强度和多环境适应性的可行路径，使被动建筑降温技术迈向实用化和全天候可靠化。

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超弹性气凝胶：2273K 高温下的轻量化热机械新材料

浙江大学高分子科学与工程系高超教授团队与刘英军、许震研究员合作，报道了一种通过二维通道限域化学策略构建的“圆顶细胞”气凝胶（Dome-celled Aerogels）。该类气凝胶实现了前所未有的超轻（0.35–13.78 mg·cm⁻³）、超弹性（99% 应变下循环 20,000 次）及极高热稳定性（4.2K 至 2273K）。核心方法是利用氧化石墨烯层间二维受限空间，通过离子捕获、鼓泡成型及热转化三步构建穹顶微结构。该结构可在高应变下储存大量弹性能量，同时通过褶皱释放应变能，确保机械稳定性。化学多样性方面，研究团队制备了 121 种氧化物、38 种碳化物及 35 种金属气凝胶，部分高熵碳化物气凝胶在 1273K 的导热系数仅 53.4 mW·m⁻¹·K⁻¹，2273K 时为 171.1 mW·m⁻¹·K⁻¹，兼具热绝缘与高温稳定性。这一成果突破了传统气凝胶在极端热机械条件下的性能局限，展示了在超高温热防护、轻量化热管理、航空航天及极端环境应用的巨大潜力。

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九年12篇《Science》：热电与柔性磁电材料全景回顾

北京航空航天大学赵立东教授，刘明杰教授和李景教授团队通过界面共结晶策略制备了柔性磁电聚合物-无机纳米复合材料，在铁磁性VSe2单层与铁电PVDF纳米晶之间创建亚分子级平整界面，有效限制聚合物链运动和能量耗散，显著提升界面能量传递效率。该复合膜展现出卓越磁电性能，磁电容系数达23.6%，可实现超快速磁电检测，速度较传统传感器提高近10倍，为将热电制冷器等多功能材料集成至可穿戴设备提供了新途径。

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液态偶极热制冷：盐溶解吸热驱动高效环保循环

麻省理工学院Seonggon Kim与韩国高丽大学Yong Tae Kang教授提出基于硝酸盐-水体系的液态偶极热制冷循环，利用盐溶解吸热原理实现高效制冷，并通过电渗析完成工质再生。该系统解决了蒸汽压缩制冷的能效和环保问题，同时克服固态卡路里制冷的流动性与性能限制。实验显示，硝酸铵绝热温变最高37.3°C，硝酸钾18.6°C，单堆装置冷却功率3.5–96 W/L，15堆可达287–1965 W/L，COP在5–20°C温差下高达1.65–9.37，总传热系数达3000–10000 W/(m²·K)，兼具高能效、环保与可扩展性，为未来制冷与空调技术提供新途径。

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透明隔热材料：纳米介孔网络实现建筑节能

美国科罗拉多大学Ivan I. Smalyukh教授团队开发了介孔光学透明隔热材料（MOCHI），利用表面活性剂胶束模板诱导聚硅氧烷纳米管形成三维介孔网络，并通过超临界干燥制备而成。该材料兼具>99%可见光透过率与极低热导率（10–12 mW/Km），可规模化生产平方米级薄膜及厘米级厚板（最大37.5 mm），同时具备超疏水、阻燃和力学稳健特性，可应用于建筑门窗隔热（热阻R最高3.65 m²·K/W）及太阳能热利用（非聚光条件下stagnation温度≈300℃），显著降低建筑能耗并实现能量回收，为可持续建筑围护结构提供新型方案。