电子二极管的发展与应用推动了整个电子信息时代的进步,类似地,热整流现象的发现与应用也将推动新能源社会的迅猛发展。热整流现象是材料（或结构或器件）的一种重要物理属性,寻找合适的材料、结构和研究方法对热整流的发展是一个重大课题。一方面,随着电子器件功率的不断提升,对热能的调节装置的要求也越来越高;另一方面,保温、储能设备、热二极管等器件的开发,也需要具有高热整流效应的结构来支持。我们通过对不同微纳结构的有效热导率的测量,实验上发现热整流现象。并以生物形态材料和多孔硅材料为例,通过有限元仿真和实验测量以及理论解析推导的多种方法,研究了不同结构的热整流元器件的效率及影响因素。（1）通过实验测量、解析推导和有限元仿真研究了层叠材料（体材料）的有效热导率。我们实验测量了不同密度rGO和hBN样品的轴向热导率,并观测了其微观结构。通过解析推导,得到以下结论:（a）有效热导率随着厚度的增大而降低（随着厚度的增大,厚度对有效热导率的影响越来越小,达到一定量级时,厚度对有效热导率将没有影响）;（b）有效热导率随着接触热导的增大而增大;（c）均匀的体材料中,热导率随着密度（接触面积）的增大而增大。有限元仿真的结果也验证了我们实验和解析模型的结果,并结合实验及解析模型进一步提出了计算层间接触热导的方法。（2）通过对生物材料（竹竿和椰子壳）正反两方向轴向有效热导率的测量,我们实验上发现了热整流现象的存在,而且该热整流器突破了很多局限性（应用温度范围很大,也不受纳米尺度的局限,几何结构非常规整,材料的选取也非常容易,不需要考虑界面、接触等等因素）。经过反复的实验、理论分析和有限元仿真。我们得到以下结论:热整流现象存在于具有梯度结构且热传导系数随温度单调变化的单一材料中;细胞结构梯度的增大或热传导系数随温度变化斜率的增大都可以提高该体系的热整流效率。（3）通过对多孔硅正反两方向轴向有效热导率的测量,我们同样发现了热整流现象。而且只有腐蚀电流达到100mA/cm2和150mA/cm2时,才能清晰的发现热整流效应,且正方向的热扩散系数大于反方向的。这一现象经过有限元仿真的计算得以验证。通过进一步分析研究我们发现,热整流效应与多孔硅的深度和孔隙率的大小以及温差（或温度分布）有很大的关系。（4）我们分别以La0.7Sr0.3CoO3/LaCoO3体系和生物碳材料（竹壳）为例,利用有限元仿真的方法,研究了热整流随时间的变化趋势。得到以下结论:在La0.7Sr0.3CoO3/LaCoO3系统中,热整流系数随时间的变化并非单调的,最大值出现在第一个峰值点处;而在生物材料中热整流系数随着时间的增加而逐渐增大,最终在稳态时达到最大值。