Biological and Bioinspired Thermal Energy Regulation and Utilization

辐射冷却 纳米技术 可再生能源 生化工程 能量转换 建筑工程 工艺工程 工程类 材料科学 电气工程 气象学 热力学 物理
作者
Shun An,Boning Shi,Modi Jiang,Benwei Fu,Chengyi Song,Peng Tao,Wen Shang,Tao Deng
出处
期刊:Chemical Reviews [American Chemical Society]
卷期号:123 (11): 7081-7118 被引量:68
标识
DOI:10.1021/acs.chemrev.3c00136
摘要

The regulation and utilization of thermal energy is increasingly important in modern society due to the growing demand for heating and cooling in applications ranging from buildings, to cooling high power electronics, and from personal thermal management to the pursuit of renewable thermal energy technologies. Over billions of years of natural selection, biological organisms have evolved unique mechanisms and delicate structures for efficient and intelligent regulation and utilization of thermal energy. These structures also provide inspiration for developing advanced thermal engineering materials and systems with extraordinary performance. In this review, we summarize research progress in biological and bioinspired thermal energy materials and technologies, including thermal regulation through insulation, radiative cooling, evaporative cooling and camouflage, and conversion and utilization of thermal energy from solar thermal radiation and biological bodies for vapor/electricity generation, temperature/infrared sensing, and communication. Emphasis is placed on introducing bioinspired principles, identifying key bioinspired structures, revealing structure-property-function relationships, and discussing promising and implementable bioinspired strategies. We also present perspectives on current challenges and outlook for future research directions. We anticipate that this review will stimulate further in-depth research in biological and bioinspired thermal energy materials and technologies, and help accelerate the growth of this emerging field.
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