仿生材料的研究

发布时间：2022-03-29所属分类：工程师职称论文浏览：1次

摘 要： 摘要：大自然中部分生物体的奇特结构以及其卓越的特性，使人类在创新、研发新型材料时，引发了无数的灵感。仿生材料学是在研究生物体材料构造和产生的过程中，参照生物材料的构造，以及其特殊构效关系，进而启发人工材料的设计，最后建立的一种新兴综合型学科。本文分

　　摘要：大自然中部分生物体的奇特结构以及其卓越的特性，使人类在创新、研发新型材料时，引发了无数的灵感。仿生材料学是在研究生物体材料构造和产生的过程中，参照生物材料的构造，以及其特殊构效关系，进而启发人工材料的设计，最后建立的一种新兴综合型学科。本文分析了当前较热门仿生材料的研究进展，并预测了仿生材料的发展前景。

　　关键词：仿生材料;研究

　　前言

　　大自然适者生存的法则，使生物体的构造不断优化调整。由蛋白质、糖、矿物质、水等多种基本的生物材料，经过从微观到宏观不同层次的重组，产生了繁杂但异常精准有机体系，完成了多样化的生物功能及其它功能。仿生学将大自然生物体的精妙构造，以及特性作为研究目标，将生物的结构特性、能量变换以及信息过程运用到技术创新中。近年来，由于相关学科的进步，以及当代技术特别是微观、宏观技术的发展，仿生学实现了快速的进步，尤其是发达国家，在仿生技术方面，倾注了巨大的资金及人力，致力于仿生学研究的多样化以及产品的研发。在我国，学术界和工业界也日益关注仿生技术，国家自然科学基金，基本上每年都有有关的资助项目。

　　1.仿生材料的研究进展

　　(1)表面仿生超疏水材料

　　近年来，人们根据仿生科学而实行的多种新型材料的研发，正普遍的在各大领域推行，自然界中的超疏水现象，更是人们根据荷叶“出淤泥而不染”的情景，引发灵感而持续发展的。固体表面的潮湿性能够通过表面以及水的接触角来度量，一般将接触角不超过900的固体表面，定义为亲水表面。20世纪90年代，德国有一位英文名为Wilhelm Barthlott的伟大的植物学家，对于荷叶外表不沾水的独特现象展开了大量的实验，并根据荷叶的疏水性以及自我洁净的关系，发现了“荷叶效应”。“荷叶效应”能够为我们生产仿生材料提供较大的帮助。如图1为利用“荷叶效应”而制作而成的一种防粘贴抗涂鸦涂料表面结构的原理分析。

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　　此后，超疏水表面引起了全球各界的巨大重视，且日益被看作是仿生纳米材料技术中的一大焦点。超疏水表面在国防、工农业生产以及日常生活等众多领域，都拥有不可估量的积极影响。比如，将其运用于降雪多发地区的户外线缆上，能够避免积雪，使信号保持通畅;将其运用于雨水天气维持干燥性;将其运用于水中运输、水下核潜艇上，能够降低水的阻力，增强行驶速度等。

　　(2)聚乙烯三元复合仿生材料

　　纳米磷灰石复合材料是根据骨组织的无机、有机复合结构而发展进步的，因其仿生性，被看作是生物医用材料的热门研究之一。随着研究的进一步的开展，研究人员意识到，生物材料在组织的产生过程中，并不是长期处于被动地位，材料的表面形成、微观构造等，都会对细胞的黏附、增殖、定向分化以及组织形成等诸多生物活动带来极大的影响。此外，生物体系的结构、生长以及功能是密不可分的整体，所以，作为与活性细胞组织接触，且产生互相界面影响的生物材料，更应该将宏观、微观作为基础，实行多方面的结构设计，然而，社会上关于此项研究的报道依旧不多。

　　(3)植物叶片仿生伪装材料

　　近年来，随着光学和微电子学等学科的发展，先进的成像技术也得到发展，比如高光谱成像技术就是其中比较实用的一种技术。再结合计算机处理技术，使高光谱技术对伪装器材或目标实现精准识别，这样在军事上能够得到广泛应用。采用新技术、新方法制备一种能够对抗高、超光谱成像探测的新型伪装材料，这对于提高我国国防和军事安全有着极其重要的意义。制备能够对抗高、超光谱成像探测的新型伪装材料成为我国仿生材料研究的一个重要课题。

　　(4)仿生层状结构壳聚糖医用材料

　　有关研究人员在研讨及剖析了众多生物结构的前提下，认为在自然界中，层状叠加结构是大部分的生物体的内在构造之一，并提出仿木年轮结构是分析的主导思路。将自然界生物体中，广泛拥有的壳聚糖作为基础原料，凭借膜渗透原理，构建了原位沉析技术，将壳聚糖重组为，拥有仿树木年轮，层状叠加结构的基本骨架材料。并在此骨架材料的根基上，通过多种方法实行重组，运用就地反应羟基磷灰石与壳聚糖纳米复合，得到拥有多重仿生结构、多重性能、能够降解的、推进骨修复的骨科材料。

　　2.新型仿生材料的未来前景

　　材料未来的发展越来越趋向复合化、性能化，而仿生材料的特性正好是这样。仿生材料科学影响的领域异常广泛。它的推行若成功，将会作用于生活的方方面面。第一，引起人体器官替换的改良，使生物体系统能够人为地改进。第二，将会引起材料配备及使用的新一轮革新。例如，在常温常压水介质中，实现生物合成技术，此外还可以使材料自愈合化、智能化、环境化等，这些将会使人类社会发生巨大的变化。生物材料较为明显的特点是，其拥有不同规模的组织结构。欧盟针对未来仿生学的探索主要是两大点：仿生材料体积小型化以及性能多样化、仿生材料的有机复合。当前，仿生材料重点研究的内容为：模仿生物内部为顺应环境，而对自身性能和构造不断优化的特点，来进一步设计生物材料方法，用来制作生物相容的医用材料或功能卓越的工程材料。仿生材料和生物医用、医疗材料是两个重要的出发点。

　　3.小结

　　随着仿生材料学的进步和相关成果的挖掘，其对社会生活的方方面面会产生极大的影响，不仅会引起人体器官替换的改良，使生物体系统能够人为地改进，而且将会引起材料配备及使用的新一轮革新，例如，在常温常压水介质中，实现生物合成技术，而此前需要在高温高压水介质中才能完成，并且材料可达到自愈合化、智能化、环境化的标准，这将使人类社会发生巨大变化。——论文作者： *王

　　【参考文献】

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　　[5]胡巧玲,钱秀珍.三维壳聚糖医用材料的制备方法:中国, 01139076.X[P].2001