化石燃料作为现今社会发展所需的主要能源,往往也会引起成本和环境问题,因此寻求绿色或可再生能源成为社会可持续发展的关键。固-液相变材料（PCM）通过相变储存或释放大量潜热,具有稳定的物化性质,其潜热高,相变温度适宜,可以有效地提高能源利用效率,目前已受到研究者们越来越多的关注。固-液PCM虽然具有诸多优点,但其在固-液相变方面存在过冷度大、导热系数低、流动性大和易泄漏等严重问题。利用微胶囊技术将固-液PCM封装在有机/无机的外壳内制备成相变材料微胶囊（MEPCM）是克服这些问题的有效方案。MEPCM不仅可使PCM在液态下也有稳定的固态外壳封装,保护其不受外界环境的影响,还可以为PCM提供大的比表面积以提高其热响应速度和传热效率。此外,多层级结构的MEPCM除了能进行热能存储外,其外层功能壳还能提供其他额外特定的性能。因此设计具有不同功能的多层级结构MEPCM以满足其在各领域的多样化应用已成为MEPCM发展的新趋势。本论文顺应最新代微胶囊的发展,针对不同领域的应用需求,设计开发了不同的多组分、多层级结构相变材料微胶囊,利用其作为独立控温单元在光热转换、酶传感器以及超级电容器等领域的应用进行了系统研究。具体工作如下:（1）通过反相乳液模板缩聚法在聚乙二醇（PEG）表面成功包覆二氧化硅（Si O2）外壳,合成了相变性能良好的Si O2/PEG微胶囊。优化表面活性剂和助表面活性剂的配比后,该微胶囊表现出完美的核-壳结构、规则的球形形貌、均匀的粒径分布,且其包封效率达到78%以上,相变焓约为130 J/g。良好的蓄热能力、较高的热稳定性和形状稳定性,使其具有可靠持久的相变循环性和耐久性。（2）制备了一种基于正二十二烷为芯和碳纳米管（CNTs）/聚多巴胺（PDA）/Si O2为多层壳的MEPCM以提高太阳能光热转换。该微胶囊具有规则的微观形貌,相变焓超过130 J/g,不仅具有良好的蓄热能力还表现出较高的热稳定性和可循环工作性。特别的是,光子捕获能力优异的CNTs/PDA壳层的构建还赋予了该微胶囊良好的光热转换能力,当CNTs含量为2 wt%时制备的微胶囊获得了高达90.1%的最佳光热转换效率。（3）结合MEPCM和葡萄糖氧化酶（GOx）,设计了一种热自调节的葡萄糖传感器,以在更广泛的温度范围内检测葡萄糖。将相变温度与GOx最适活性温度相近的正二十二烷微胶囊化在Si O2壳层中,然后将生物活性良好、比表面积大的CNTs修饰在Si O2壳表面,制备出作为GOx载体的CNTs/Si O2微胶囊。通过层层自组装法构建酶电极进行葡萄糖检测,发现MEPCM的引入使该葡萄糖传感器具有良好的热自调节能力,在高温下表现出比传统不含MEPCM的传感器更好的检测性能。（4）设计制备了聚苯胺（PANI）/CNTs、PANI/PR两种导电聚合物基微胶囊,以及Ni（OH）2、Co（OH）2/MXene两种金属氢氧化物基微胶囊作为超级电容器的可热自调节电极材料,以改善其电化学性能在高温下的衰减。所合成的样品均具有完美的微胶囊结构,包封效率均超过50%,130 J/g以上的相变焓使它们具有良好的热温调控能力。两种PANI基可热自调节电极材料在高温下比传统不含MEPCM的材料获得了更高的比电容,而Ni（OH）2微胶囊电极材料则获得了更高的析氧电位,Co（OH）2/MXene微胶囊电极材料除了析氧电位外还获得了更高的比电容。本论文开发的具有不同外壳的多层级结构相变材料微胶囊均表现出规则的微观形貌、良好的蓄热和热温调控能力,以及可循环充放热性能。并且针对不同领域的应用需求,定制化设计构建的多层级结构MEPCM在该领域内均展示出较大的应用潜力。本论文相关研究成果对相变材料微胶囊的设计、构建及其在各领域的多样化应用发展具有重要的推动价值。