仿生复合材料

2020/6/6,仿生复合材料,2020/6/6,生物界的启示,先进复合材料一直处于材料科学和技术的前沿，并在不同的领域得到广泛的应用。由于其微观结构的多样性和制备工艺的复杂，复合材料很难进行设计。自然界的生物材料经过亿万年的自然选择及进化，形成了大量天然合理的复杂形态和结构。为人们进行材料仿生提供了很好的参照。,2020/6/6,自然法则,能量最小原则（非共价键，室温，光合作用）最优化原则（优胜劣汰-隐身色）功能适应性原则（进化）,2020/6/6,仿生材料学,荷叶效应蝴蝶颜色叶绿素的光合作用生物膜结构与功能（植物细胞壁，类脂）腱，头发和木的分级结构骨和昆虫壳（皮）的纤维复合材料结构贝壳韧性（薄壳结构）蛛丝强度蜂窝结构的稳定性,2020/6/6,生物材料的复合特性,生存下来的生物，其结构大都复合环境的要求，并能达到优化水平。组成单元层次结构的植物界和动物界都很普遍。植物细胞和动物骨骼均可看做生物材料的增强体。,2020/6/6,生物材料的功能适应性,无论是从形态学的观点还是从力学的观点来看，生物材料都是十分复杂的。这种复杂性是长期自然选择的结果，是由功能适应性所决定的。比如树木具有负的向地性，竹子的关节增加强度。青蛙皮肤。,2020/6/6,生物材料的创伤愈合,生物材料的显著特征之一是具有再生机能。伤口的愈合，组织再生，树根的自愈合。,2020/6/6,生物材料的特征,最小能量判据-化学反应发生在低（室）温-氢键,亲水/疏水相互作用-分级结构（分子组装）优化的性能（功能）-手性-液晶（取向）-对刺激的响应性生物循环圈-起始材料（C,H,O,Si）简单-可修复，可再生,2020/6/6,蜂房的结构,蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的菱形钝角10928，锐角7032完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。,7032,10928,2020/6/6,蜗牛壳,螺旋形往往是建筑造型的母体，而螺的外形也是建筑师构思的素材。海滩上各种各样的海螺、贝壳，在波涛汹涌的大海中为生存而搏击，自然的优化形成了它们优美的螺旋线。当前，“回归自然，崇尚自然”已成热门话题，所以，一批直接模仿螺的外形的建筑也应运而生了。,2020/6/6,蛛丝（蛋白质纤维）是世界上最坚韧的纤维材料。杜邦公司利用基因技术，已制造出具有蛛丝特性的蛋白质并制成纤维，具有更高的强度、韧性和耐磨性。,2020/6/6,2020/6/6,仿生材料的用途,催化剂,人造革,2020/6/6,维可牢尼龙卡口,昆虫壳-甲壳质纤维/蛋白质基体复合材料,2020/6/6,2020/6/6,2020/6/6,雨天荷叶上会有很多水珠，受此启发，科学家开发除了这种防水防污的布料和涂料,2020/6/6,滚动角（A-R）小，易滚动,2020/6/6,仿生复合材料前景,特定的，不规则的外形，如骨骼。力学性能的方向性，如竹，树木。几乎所有的生物体构件的截面都是宏观非均质的。显微元（如纤维）具有复杂的，多层次的精细结构。如上所述，自然的生物复合材料拥有良好的特性，每一种生物体的具体构件都是适应特定环境的产物。其最大的优点是极为节约高效和用途的专一性。,2020/6/6,几乎地球上所有生物都是复合材料，其中一些具有高强度和高模量。与其他材料相比，生物材料的最显著特点是具有自我调节功能，生物材料能够一定程度地调节自身的物理和力学性质，以适应环境。一些生物材料具有自适应和自愈能力，因此如何从材