材料的热能传输特性由其物理结构与化学组分主导。中空结构材料在热量管理领域具有强大的优势,例如,重量轻、孔隙率高以及导热系数低等。多壳层中空结构（Hollow Multishell Structures,以下简称HoMSs）材料是一类新颖的中空结构材料,其具有多个壳层和被壳层分割开的独立的闭合空腔。前期的研究表明HoMSs中由外到内排列有序的壳层所围成的多层封闭空间赋予了独特的时空有序性。HoMSs材料已经被证明在药物次序缓释和电磁波的次序吸收领域带来了新的突破。然而,目前HoMSs材料在热能传输领域的研究鲜有报道,尤其在HoMSs与高分子材料复合体系。为了探究HoMSs材料的热传输特性,本论文工作首次将次序模板法制备得到的TiO2 HoMSs与热响应性聚氨酯进行复合,研究发现了HoMSs材料的热聚集效应,并揭示了热聚集效应与HoMSs的壳层数目密切相关,这为研究多级中空结构中热流传输过程提供了一个新的方法。这种新型的HoMSs复合材料同时具备热聚集效应和热响应性,因此具有作为智能隔热材料的潜力。最后,本论文工作还研究了HoMSs复合材料的隔热性能、热辐射屏蔽性能以及低温下的保温性能,并取得如下重要成果:首先,通过在水热条件下蔗糖发生脱水缩聚反应得到微碳球,然后以此为硬模板去吸附便宜的四氯化钛水溶液,通过调控吸附前驱体溶液的温度、吸附时长以及煅烧速率,合成出了纳米尺度的单壳层、双壳层以及三壳层TiO2中空球。由于TiO2HoMSs表面存在许多羟基基团,因此采用硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷对其表面进行化学接枝修饰,这样能够保持与高分子基底良好的相容性。此外,伴随着壳层数的增加,TiO2 HoMSs的比表面积也逐渐增加,这代表着多壳层中空结构存在更多的空气-固体两相界面,从而能够增大整体热阻。其次,用四氢呋喃超干溶剂作为溶剂,采用4,4-二甲基二异氰酸酯作为硬段,聚乙二醇作为软段,新戊二醇作为扩链剂,通过采用两步缩聚法成功合成出了热响应性聚氨酯。并且对合成的热响应性聚氨酯的结构特性、相变行为及热传导性能进行了一系列表征分析。当反应温度为60℃,反应时间为4 h,硬软段比例为1.0时,合成产物的相变温度为56℃左右。这种热响应性材料具有温度响应能力,在温度达到相变温度以上时,聚氨酯内部的软段会发生相变从而变得柔软,散热性能变好。而在温度降低到相变温度以下时,软段的分子链自动冻结,聚氨酯内部分子链的运动受阻,隔热性能变好。再次,将表面经过化学修饰过的多壳层TiO2中空球与热响应性聚氨酯进行复合,制备得到了三种热响应性聚氨酯/多壳层TiO2中空球复合材料。其中,通过对比DSC结果,发现了HoMSs的热聚集效应。随着HoMSs壳层数目的增加,HoMSs材料的热聚集效应越明显。此外,在热传导方面,随着HoMSs壳层数目的增加,HoMSs复合材料的温升曲线会越来越缓慢,表现出增强的隔热性能。而当该HoMSs复合材料达到相变温度以后,其隔热性能减弱,具有一定的散热性能,这展示出一种智能的温度响应性能。当三壳层TiO2 HoMSs的掺杂量为2wt%时,该复合材料在50℃的温度场下,能实现6.6℃的温度差;而当进行4℃的低温下保温测试时,涂敷上述复合材料的样品盒能保持8.5℃。最后,探究了HoMSs复合材料的热辐射屏蔽特性,结果表明,三壳层TiO2中空球复合材料具有更低的光透过率,这会大大降低太阳热辐射带来的热增益。最后,基于COMSOL Multiphysics软件中的固体传热模块,建立起高分子/HoMSs复合材料的几何模型。通过模拟不同壳层数目的HoMSs/高分子模型的热量传输过程,计算结果表明随着HoMSs壳层数目的增加,其热聚集效应越明显。并且三壳层中空球复合材料表现出更好的隔热性能。