仿生材料.pdf

仿生学与仿生材料 bionics bionic materials 我国材料发展战略规划纲要 主题一 基础 原 材料先进制造技术主题一 基础 原 材料先进制造技术 绿色制造技术 低成本制造技术 催化与分离技术 通用材料高绿色制造技术 低成本制造技术 催化与分离技术 通用材料高 性能化制备技术性能化制备技术 主题二 超级结构材料主题二 超级结构材料 高性能金属材料 高性能结构陶瓷 高性能工程塑料 先进结构高性能金属材料 高性能结构陶瓷 高性能工程塑料 先进结构 复合材料复合材料 主题三 先进功能材料与器件主题三 先进功能材料与器件 光电子材料与器件 微电子材料与器件 信息功能材料与器件 光电子材料与器件 微电子材料与器件 信息功能材料与器件 超导材料与器件 智能材料与器件超导材料与器件 智能材料与器件 主题四 能源与生态环境材料主题四 能源与生态环境材料 新型能源材料 环境友好材料 新型能源材料 环境友好材料 生物与仿生材料生物与仿生材料 主题五 纳米材料与器件主题五 纳米材料与器件 纳电子材料与器件 纳米生物医用材料 纳米能源材料 纳米结纳电子材料与器件 纳米生物医用材料 纳米能源材料 纳米结 构材料 纳米材料与器件评价与表征技术构材料 纳米材料与器件评价与表征技术 仿生学仿生学 Bionics 模仿生物系统的原理以建造技术系统 或模仿生物系统的原理以建造技术系统 或 使人造技术系统具有生物系统特征或类似使人造技术系统具有生物系统特征或类似 征的科学 征的科学 仿生材料仿生材料 仿生材料指模仿生物的各种特点或特性而 发的材料 生活中的仿生学 鱼尾鱼尾 船橹船橹 人眼晶状体人眼晶状体 透镜透镜 生物电生物电 电池电池 鸟鸟 飞机飞机 生物体生物体 生物模型生物模型 数学模型数学模型 技术模型技术模型 技术装置技术装置 仿生学的研究方法仿生学的研究方法 仿生学符号仿生学符号 数学数学 生物生物 电烙铁电烙铁 仿生学分类 信息仿生 控制仿生 拟态仿生 力学仿生 化学仿生 整体仿生 信息仿生 水母耳 风暴预测仪水母耳 风暴预测仪 水母耳与电子耳水母耳与电子耳 控制仿生 蛇蛇 田鼠田鼠 热血动物身体热血动物身体 向外散热向外散热 蛇通过感受器蛇通过感受器 探测到热源探测到热源 蛇的红外探测蛇的红外探测 控制仿生 颊窝颊窝 颊窝颊窝是一个红外感受器 是一个红外感受器 对周围温度变化极为敏感 对周围温度变化极为敏感 能感受能感受0 001 的温度变化 的温度变化 这类蛇能在夜间准确判断这类蛇能在夜间准确判断 周围恒温动物的位置周围恒温动物的位置 蛇的红外探测蛇的红外探测 拟态仿生 拟态仿生拟态仿生 动物的拟态与保护色动物的拟态与保护色 拟态仿生 拟态仿生拟态仿生 坦克的迷彩着装坦克的迷彩着装 三色迷彩的德国 豹 三色迷彩的德国 豹 I I坦克在电视成像下的效果坦克在电视成像下的效果 拟态仿生 拟态仿生拟态仿生 坦克的迷彩着装坦克的迷彩着装 力学仿生 力学仿生 生物与飞机 飞鸟与飞机飞鸟与飞机 飞 鸟 的 体 形 和 翅 膀 飞 鸟 的 体 形 和 翅 膀 在 滑 进 飞 行 时 与 飞 在 滑 进 飞 行 时 与 飞 机 的 飞 行 极 为 相 似 机 的 飞 行 极 为 相 似 力学仿生 生物与飞机 昆虫与飞机昆虫与飞机 飞机仿造蜻蜓的翅膀配重防止振颤飞机仿造蜻蜓的翅膀配重防止振颤 力学仿生 薄壳结构薄壳结构 艺 术 珍 品 艺 术 珍 品 澳 大 利 亚 悉 尼 歌 剧 院 澳 大 利 亚 悉 尼 歌 剧 院 生物与建筑 化学仿生 狗的嗅觉过程狗的嗅觉过程 狗的嗅觉狗的嗅觉 狗的鼻子里的雾受一种蛋狗的鼻子里的雾受一种蛋 白质的控制 将气味分子浓缩后传送给鼻白质的控制 将气味分子浓缩后传送给鼻 子里的气味感受器上的气味辨别蛋白 当子里的气味感受器上的气味辨别蛋白 当 气味辨别蛋白将不同的气味辨别后 被辨气味辨别蛋白将不同的气味辨别后 被辨 别出的特定的气味信号 立即被嗅觉细胞别出的特定的气味信号 立即被嗅觉细胞 传递给大脑 大脑便知道了所闻到的是一传递给大脑 大脑便知道了所闻到的是一 种什么气味种什么气味 人工嗅觉 化学仿生 人工嗅觉 嗅敏检测仪嗅敏检测仪 采集采集 系统系统 嗅敏嗅敏 元件元件 放大放大 系统系统 报警系统报警系统 报警系统报警系统 电源电源 嗅敏电阻嗅敏电阻是一类以是一类以SnO2为主体的金属半为主体的金属半 导体 它是一种表面效应很强的材料导体 它是一种表面效应很强的材料 机器人检修宇宙飞船机器人检修宇宙飞船 整体仿生 仿生材料的研究内容 仿生材料的分析 设计与制备 仿生材料的未来 目前 仿生材料学的研究内容主要包括以下几个方目前 仿生材料学的研究内容主要包括以下几个方 面面 结构生物材料的物理和化学分析结构生物材料的物理和化学分析 如骨 术 如骨 术 珍珠 皮肤等珍珠 皮肤等 以便更好地理解其结构的设计和性能 以便更好地理解其结构的设计和性能 直接模仿生物体进行的材料制备与开直接模仿生物体进行的材料制备与开 发 发 利用生物加工技术制备材料的力学行为分析 利用生物加工技术制备材料的力学行为分析 在模仿过程中受到启发 以所得到的结构在模仿过程中受到启发 以所得到的结构 化学等化学等 新概念 进行新型合成材料的设计 新概念 进行新型合成材料的设计 仿生材料和结仿生材料和结 构在新领域中的应用 如在机器人和航空构等方面 构在新领域中的应用 如在机器人和航空构等方面 在生物结构的力学分析指导下 对现有结构设计的 在生物结构的力学分析指导下 对现有结构设计的 优化 优化 生物材料及结构在进化过程中 所用设计标生物材料及结构在进化过程中 所用设计标 准的分析 准的分析 模仿生物体所进行的某些系统的开模仿生物体所进行的某些系统的开 发 如超灵敏度机械接收器等发 如超灵敏度机械接收器等 仿生材料的分析 设计与制备 1 荷叶结构及其仿生 2 仿生人工骨材料 3 仿鲨鱼皮 泳衣 荷叶 出淤泥而不 染 露珠在上面 也呆不住 荷叶为 什么能不沾泥土和 水 仿生人工骨材料 骨替代材料必须具备有细胞载体框架结构 可控骨替代材料必须具备有细胞载体框架结构 可控 制的非均质多微孔连通结构以及具有结构梯度和材制的非均质多微孔连通结构以及具有结构梯度和材 料分布梯度 其中最具有代表性的是羟基磷灰石料分布梯度 其中最具有代表性的是羟基磷灰石 HA 和磷酸三钙 用磷酸钙生物陶瓷制备和磷酸三钙 用磷酸钙生物陶瓷制备Ca P仿骨仿骨 的合成路线 的合成路线 1 合成合成 制备制备HA和和B TCP 2 成型 用成型 用RPM技术来实现仿骨结构 技术来实现仿骨结构 3 烧结 用烧结 用SPS技术提高机械强度 梯度变化 材技术提高机械强度 梯度变化 材 料结构 料结构 4 复合 形成蛋白 软骨细胞 缔造血管等 复合 形成蛋白 软骨细胞 缔造血管等 仿鲨鱼皮 泳衣 鲨鱼皮肤表面粗糙的鲨鱼皮肤表面粗糙的V形皱褶可以大大减少水形皱褶可以大大减少水 流的摩擦力 使身体周围的水流更高效地流过 流的摩擦力 使身体周围的水流更高效地流过 鲨鱼得以快速游动 快皮的超伸展纤维表面便鲨鱼得以快速游动 快皮的超伸展纤维表面便 是完全仿造鲨鱼皮肤表面制成的 此外 这款是完全仿造鲨鱼皮肤表面制成的 此外 这款 泳衣还充分融合了仿生学原理 在接缝处模仿泳衣还充分融合了仿生学原理 在接缝处模仿 人类的肌腱 为运动员向后划水时提供动力 人类的肌腱 为运动员向后划水时提供动力 在布料上模仿人类的皮肤