现代电子器件的微型化和集成化使得电子器件在工作时能量密度巨大,而大部分的能量最终转化为了热能,使器件面临温度过高的问题。高温不仅影响器件工作的稳定性,甚至还会带来安全性和使用寿命的问题。因此,解决器件的高温问题并提高器件的能源效率对促进经济繁荣、能源安全和环境保护至关重要。传统散热方式的一些限制使其在大规模应用或便携式设备上难以适应。水凝胶是一种含水量极高的三维网络结构材料,而水的潜热巨大,受生物通过出汗调节自身体温的启发,可以将水凝胶应用于现代电子设备的散热。目前,虽然已经有部分研究将水凝胶用于各种热源的温度控制,但这些研究主要关注低热流密度热源的散热,研究内容仍不全面。此外,普通水凝胶不具环境稳定性,持续失水,也无法实现自动补水,这些因素导致水凝胶的散热应用不够智能,在大规模应用上受限。现代电子器件产生的余热虽属于低品位热源,但由于其涉及范围广,占比大,因此现代电子器件产生的热量如不加以利用,势必造成巨大的能量浪费。基于以上问题,本文的主要研究内容如下:（1）利用温度敏感水凝胶在临界相变温度点释水的特点为高热流密度的虚拟现实头戴式设备进行散热。对水凝胶的可靠性进行测试,表明其具抗老化性和抗疲劳性,具有实际应用的潜力。通过仿真、理论和实验结合的方法研究了水凝胶的散热能力,结果表明水凝胶不仅能显著降低设备温度,还能在不同的环境条件下实现高效散热。明确水凝胶散热性能优异的根本原因在于水分的相变蒸发,通过实验和理论研究探讨了水凝胶散热过程的控制机理以及控制机制发生转变的临界热流密度点,为未来的电子热设计提供了有意义的指导。（2）设计了一种具有自适应能力的水凝胶来降低器件的工作温度并提升器件的能量效率,解决了普通水凝胶持续失水和无法自动补水的问题。在器件工作时,水凝胶吸收器件产生的热量,通过蒸发为器件进行散热,提高器件的能源效率;在待机模式下,水凝胶又能自动从周围环境中吸收水分实现再生。水凝胶薄膜通过温度控制自动循环的工作,可重复使用。同时,调控水凝胶内部的离子浓度可使水凝胶的蒸发速率和吸水速率达到理想的工作性能。在一个太阳下,该水凝胶可使商用多晶硅太阳能电池的能量效率从14.5%提升到15.5%,并在固定温度下使手机模拟芯片的最大功率提高45%。（3）设计了兼具高效散热、余热回收和自动再生能力的水凝胶来解决电子设备的高热和废热浪费问题。该水凝胶的热电特性使其能够有效地将来自热源的低品位废热转化为电能。同时水凝胶内部的水分可以自由蒸发,实现高效蒸发散热。水凝胶还能自动吸收周围空气中的水分,使水分重新进入凝胶,实现再生。基于这些特性,该水凝胶可以同步地去除废热并实现余热回收。将水凝胶应用于手机电池上,为快速放电状态的电池降温～20 ℃,同时将一部分废热转化为电能（～5μW）。将水凝胶应用于钙钛矿太阳能电池上也同样显著降低了电池板温度,并将一部分废热转换为电能。这种制备简单、可集成、经济有效的水凝胶具有广泛的应用前景,为解决电子器件发热及低品位余热浪费的矛盾问题提供了可行的思路。