仿生材料
仿生材料
one
内置液芯胶囊法
LOGO two
three
内掺有机化合物法
多孔纤维网修复法
3.2.1.1 内置液芯胶囊法
将内含粘结剂的空心胶囊或玻璃纤 维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在 外力作用下发生开裂，部分胶囊或空 心纤维破裂，粘结液流出深入裂缝， 粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。
仿生智能材 料
2.1 生物陶瓷及其复合材料
生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一类陶瓷材料， 即直接用于人体或与人体相关的生物、医用、生物化学等的陶 瓷材料。广义讲，凡属生物工程的陶瓷材料统称为生物陶瓷。
氧化铝生物陶瓷材料 复合生物陶瓷材料
磷酸钙生物陶瓷材料
A
B 被动修复混凝土
主动修复
自修复混凝土
3.3.2 自修复混凝土概论
智能自修复混凝土,是利用形状记忆合金（SMA） 的超弹性特性,结合修复胶粘剂对裂缝面的填充、 粘结功能现混凝土损伤、裂缝适时快速地自修复。
记忆合金充当骨架，连结液充当血肉
22
3.3.3 自修复混凝土效果
同时有SMA和纤维修复时 修复后的变形趋势与修复前基本一致,修复后试件的开裂荷载有一定 的提高。这表明:试件在第一次试验破坏后其性能得到了恢复;开裂区 混凝土强度得到了提高。
3.3.4 自修复混凝土优缺点
这款泳衣自投入市场以来，一路伴 随着泳坛的革命，已作古的44项世界 纪录中，居然有40项跟它有关。
3.1 鲨鱼皮泳衣
鲨鱼皮：鱼的皮肤表面有许多粗糙的V形褶皱，这种褶皱可以分开
水流，使其高速从身体周围流过，减少游泳过程中水流产生的阻力。
3.2 自愈合混凝土
仿生材料【精选文档】
源于自然的力量——仿生材料一、神奇的大自然—-仿生学自然界的创造力总是令人惊奇，天然生物材料经历几十亿年进化,大都具有最合理、最优化的宏观、细观、微观复合完美的结构,并具有自适应性和自愈合能力，如竹、木、骨骼和贝壳等。
其组成简单，通过复杂结构的精细组合，从而具有许多独有的特点和最佳的综合性能.例如,荷叶的表面有许多微小的乳突，让水不能在上面停留，滴形成后会从荷叶上滚落，同时将灰尘带走;海洋生物乌贼和斑马鱼体内的色素细胞决定了它们天生有一种改变自身颜色的能力；水稻表面突起沿平行于叶边缘的方向排列有序，使得排水十分便利；昆虫复眼的减反射功能,使得黑夜观看成为可能；水黾腿部有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛使其在水面行走自如；壁虎由壁虎脚底大量的细毛与物体表面分子间产生的“范德华力”累积使其有了特殊的粘附力……道法自然，向自然界学习,采用仿生学原理,设计、合成并制备新型仿生材料,是近年快速崛起和发展的研究领域，并已成为材料、化学、物理、生物、纳米技术、制造技术及信息技术等多学科交叉的前沿方向之一。
仿生学是模仿生物的科学，早在1960年9月13日美国召开第一次仿生学会上由Steele等提出.仿生学研究生物系统的结构、性质、原理、行为及相互作用，为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成；仿生材料指依据仿生学原理、模仿生物各种特点或特性而制备的材料;材料仿生设计包括材料结构仿生、功能仿生和系统仿生 3个方面。
二、了解仿生材料仿生材料的定义仿生材料是指模仿生物的各种特点或特性而研制开发的材料。
通常把仿照生命系统的运行模式和生物材料的结构规律而设计制造的人工材料称为仿生材料.仿生学在材料科学中的分支称为仿生材料学（biomimetic materials science),它是指从分子水平上研究生物材料的结构特点、构效关系,进而研发出类似或优于原生物材料的一门新兴学科,是化学、材料学、生物学、物理学等学科的交叉。
仿生材料
又叫水瓜，寒瓜 , 夏瓜，因在汉代从西 域引入，故称“西瓜”。西瓜味道甘甜 多汁，清爽解渴，是盛夏的佳果，既能 祛暑热烦渴，因此有“天然的白虎汤” 之称。西瓜除不含脂肪和胆固醇外，几 乎含有人体所需的各种营养成分，是一 种富有营养,纯净，食用安全的食品。
仿生材料最新研究领域
光子晶体材料：是一类特殊 的晶体，其原理很像半导体， 有一个光子的能力。蛋白石 就是其中的典型，它的组成 仅仅是宏观透明的二氧化硅， 其立方密堆积结构的周期性 使其具有了光子能带结构丽的色彩 。（这种材料的研发
仿生材料
仿生材料
仿生材料定义：仿生材料指模仿生物的各种特点或特性而开发 的材料。仿生材料学是仿生学的一个重要分支，是化学、材料 学、生物学、物理学等学科的交叉。受生物启发或者模仿生物 的各种特性而开发的材料称仿生材料，仿生材料在21世纪将为 人类做出更大的贡献。 自然界中的物质和天然生物材料，如贝壳，骨骼等经过上 亿年进化的产物，具有适应环境与功能需求的最佳结构，表现 出传统人工合成材料无法比拟的优异强韧性，功能适应性以及 愈合能力。在生物医疗领域，仿照天然生物材料制备出具有生 物功能，甚至是生物活性的材料成为生物材料科学极为活跃的 前沿研究领域。
仿生高超强韧材料：贝壳的成 分主要是碳酸钙和少量的壳基 质构成，这些物质是由外套膜 上皮细胞分泌形成的。贝壳的 结构一般可分为 3 层：最外一层 为角质层，很薄，透明，有光 泽，由壳基质构成，不受酸碱 的侵蚀，可保护贝壳。中间一 层为壳层，又称棱柱层，占贝 壳的大部分，由极细的棱柱状 的方解石（CaCO3, 三方晶系） 构成。最内一层为壳底 , 即珍珠 质层，富光泽，由小平板状的 结构单元累积而成、成层排列， 组成成分是多角片型的文石结 晶体（CaCO3, 斜方晶系）。
生物材料学中的仿生学
生物材料学中的仿生学生物材料学是一个跨学科的领域，涵盖了材料科学、生物学和医学等领域。
它的研究对象是生物体内的各种物质，如细胞、组织、器官等，以及它们与材料的相互作用。
而仿生学则是生物材料学中的一个分支，它的研究方向是模仿自然界中的生物体和生物机制，通过仿制它们的结构和功能，来设计和制造新型的材料。
下面将从几个方面介绍生物材料学中的仿生学。
1.仿生材料的分类仿生材料是指从自然界中获得灵感，通过模仿生物体和生物机制的方式来设计和制造的材料。
根据仿生材料的来源和性质，可以将它们分为以下几类：（1）生物材料：这是从研究生物材料学的角度来看的，它们是从自然界中提取或制造的纯天然或人工合成的物质，如骨骼、牙齿、蛋白质等。
（2）仿生几何结构材料：这是通过观察自然界中具有特殊结构和形态的物体，如蝴蝶的翅膀、蜻蜓的翅膀等，来设计和制造的材料。
这些材料最大的特点就是具有复杂的几何结构。
（3）仿生智能材料：这是利用生物体内的智能机制，通过仿制它们的构造和功能来设计和制造的新型材料。
例如，模仿人类的感官机制，制造出具有感知能力的材料。
（4）生物合成材料：这是通过模仿生物的合成方式制造的材料，例如碳纳米管就是利用了生物合成的方法来制造的。
2.仿生学在医学领域的应用生物材料学是医学领域中的一个重要分支，而仿生学在其中起到了至关重要的作用。
通过仿制自然界中的生物体和生物机制，可以开发出更加安全和有效的医疗材料和器械，例如：（1）人工心脏瓣膜：仿生学在设计和制造人工心脏瓣膜方面取得了很大的进展，目前已经开发出了多种仿生心脏瓣膜。
这些瓣膜具有更加接近自然心脏的结构和功能，能够更好地适应患者的生理需求。
（2）人工骨：生物材料学和仿生学在人工骨领域的应用也非常广泛。
研究人员利用仿生学的原理，设计和制造出具有和自然骨结构相似的人工骨，用于治疗骨损伤和疾病。
（3）仿生假肢：仿生学在制造假肢方面也起到了不可或缺的作用。
通过仿制自然肢体的结构和功能，制造出更加轻便和灵活的假肢，使人们能够更加自如地进行各种活动。
仿生材料：模仿大自然
仿生材料：模仿大自然仿生材料是一种受到大自然启发而设计制造的材料，它模仿生物体的结构、功能和性能，具有优异的特性和广泛的应用前景。
大自然是最伟大的设计师，亿万年的进化造就了各种生物体的复杂结构和功能，这些优秀的设计激发了人类对仿生材料的探索和研究。
通过模仿大自然，科学家们开发出了许多具有前瞻性和创新性的材料，为人类社会的发展带来了巨大的推动力。
一、仿生材料的定义和特点仿生材料是指受到生物体结构、功能和性能启发而设计制造的材料。
它具有以下几个特点：1. 模仿生物体：仿生材料通过模仿生物体的结构和功能，实现类似生物体的性能和效果。
2. 多样性：仿生材料可以模仿各种生物体，如植物、动物、微生物等，具有多样性和广泛性。
3. 创新性：仿生材料的设计和制造需要创新思维和技术手段，具有前瞻性和创新性。
4. 应用广泛：仿生材料在医学、工程、材料科学等领域有着广泛的应用前景。
二、仿生材料的研究领域1. 医学领域：仿生材料在医学领域有着重要的应用，如仿生人工关节、仿生心脏瓣膜等，为医疗技术的发展提供了重要支持。
2. 工程领域：仿生材料在工程领域有着广泛的应用，如仿生结构材料、仿生润滑材料等，提高了工程设备的性能和效率。
3. 材料科学领域：仿生材料在材料科学领域有着重要的研究价值，如仿生纳米材料、仿生智能材料等，为材料科学的发展带来了新的思路和方法。
三、仿生材料的成功案例1. 莲花效应：仿生材料模仿莲花叶片表面微纳结构，设计制造出具有自清洁功能的材料，应用于建筑玻璃、汽车涂层等领域。
2. 鲨鱼皮纹理：仿生材料模仿鲨鱼皮纹理设计制造出减阻纹理材料，应用于飞机表面、船体涂层等领域，降低了流体阻力。
3. 蜻蜓翅膀结构：仿生材料模仿蜻蜓翅膀结构设计制造出具有抗菌、抗污染功能的材料，应用于医疗器械、环境保护等领域。
四、仿生材料的未来发展1. 多功能性：未来的仿生材料将具有更多的功能性，如自修复、自感知、自适应等，为人类社会带来更多的便利和创新。
仿生材料及其应用在制造工业中
仿生材料及其应用在制造工业中随着科技的不断发展和人们对于生命体验的深入探索，仿生技术作为一种新兴技术得以快速普及。
其中，仿生材料作为仿生技术的重要组成部分之一，已经应用于多种领域，尤其是制造工业。
在本文中，我们将讨论仿生材料及其在制造工业中的应用。
一、什么是仿生材料仿生材料是指能够模拟和运用自然界生物材料的理化特征，而具有类似功能和性能的新型材料。
仿生材料的研究，是通过对自然界中的各种生物体的形态、结构、生理功能和物理化学特性等进行深入探究，从中汲取灵感，自主创新研发出的一系列新型材料。
其中，仿生材料的种类多种多样，包括生物材料、人造材料、复合材料等等。
生物材料是从生物体内提取或人工合成的物质，如骨骼、肌肉和皮肤等；人造材料是通过人工合成的材料，如高分子材料、金属材料、陶瓷材料等；而复合材料则是两种或两种以上材料的组合体。
二、仿生材料在制造工业中的应用1. 制造3D打印产品随着3D打印技术的迅猛发展，仿生材料的应用也越来越广泛。
3D打印机可以使用多种材料进行印刷，其中仿生材料可以模拟生物体的软硬度、弹性、黏性、强度等特性，氢骨、肌肉、纳米管等仿生材料被广泛用于3D打印产品的制造上。
随着3D打印技术的推广，仿生材料的应用也将会越来越广泛。
2. 制造假肢仿生材料的应用还体现在人体假肢制造上。
常见的假肢材料有铝合金、钛合金、碳纤维等，但是这些材料往往比人体自身的材料硬度大很多，给佩戴者带来极大的不适。
而仿生材料的应用，可以实现类似于人体自身的柔韧度，使得假肢更加逼真、真实。
3. 制造航空器仿生材料的应用也广泛存在于制造航空器上。
生物体的形态、结构以及特性，往往能够启发飞机设计的创造性思维。
如仿生材料的使用可以使得飞机内部结构更加舒适、减轻飞机自身重量、降低噪音等等，改善旅客体验，增加旅途舒适度。
4. 制造智能材料随着智能化的不断发展，智能材料的应用日益广泛。
仿生材料的概念也逐渐与智能科技进行融合，芯片、传感器等技术的应用，使得仿生材料也能实时感知环境的变化，完成相应的功能性响应。
仿生材料(精)
目录
仿生材料的环境性能
仿生材料简介 环境和生物性能
生物材料的结构与性能
仿生材料的应用
生物陶瓷及复合材料
组织工程材料 仿生智能材料
一、仿生材料的环境性能
1、仿生材料简介
一、仿生材料的环境性能
一、仿生材料的环境性能
荷叶效应
自清洁材料
一、仿生材料的环境性能
• 纤维素是分布最广、含量最多 的一种多糖，其主要是作为动 植物或细菌细胞的外壁支撑和 保护物质。 • 生物软组织是由多糖和蛋白质 复合而成的，如粘液、软体动 物骨架、皮肤等。生物软组织 的σ -ε 性质、断裂韧性、刚度 等性能及随环境的变化都是非 生物材料难以比拟的。
二、生物材料的结构与性能
、环境与生物性能
仿生材料 生物性能 生物相容 性 环境协调 性
材料反应
宿主反应
生态设计
环境友好 加工
一、仿生材料的环境性能
评价材料生物相容性的指标
宿主反应
适应性反应
全身反应 血液反应
材料反应
腐蚀 吸收 降解 磨损 膨胀 浸析
二、生物材料的结构与性能
常见天然生物材料种类
二、生物材料的结构与性能
致密羟基磷灰石、玻 熟石膏、β—双相钙磷 璃陶瓷等 陶瓷等 化学键合 临时填充作用，可通 过新陈代谢化解，最 终被替换
优点
缺点
组织和植入体机械嵌 合
三、仿生材料的应用
2、组织工程材料
• 用于代替生物体组织器官或者恢复、维持其 功能的仿生材料。
三、仿生材料的应用
3、仿生智能材料
• 能模仿生命系统，同时具有感知和驱动双重功 能的材料。 • 这类材料的性能不仅与材料的成分、结构和形 态有关，而且与材料所处的环境有关，具有生 物特性。 • 目前主要有智能高分子凝胶材料、智能药物释 放体系以及仿生薄膜材料等。
仿生材料
• 仿生材料是指模仿生物的各 种特点或特性而研制开发的 材料。通常把仿照生命系统 的运行模式和生物材料的结 构规律而设计制造的人工材 料称为仿生材料。
• 自然界中的动植物经过45亿年的物竞天择 的优化，其结构和功能已经到达了近乎完 美的程度。自然界是人类各种科学技术原 理及发明的源泉。 • • • • 鸟类飞行——飞机 昆虫单复眼——复眼照相机 蝙蝠回声定位4内视镜
• 手触摸含羞草的叶片,它就会像动物那样收缩。在这 一种启发下,日本奥林巴斯公司的植田康弘研制了一 种可以伸到小肠里的内视镜,他在内视镜的筒状部分 使用了一种与含羞草叶片表面结构相似的弹性膜材料, 它在肠道流体的压力下,会沿着轴向自动伸长或弯曲, 从而使内视镜的筒状部分与肠道保持同一形状。
No2.人造骨
• 卵是鸟类和爬虫类生 育在体外的动物的最 大细胞。它的壳,是石 灰质构成的,内部有卵 白和卵黄，卵壳的形 成过程与牙齿和骨头 的发育过程相同,被称 之为钙化过程,与无机 和有机的界面化学相 关，人们通过卵壳制 造人造骨。
No3.竹纤维仿生材料
从竹子的断面来看,一种 称之为纤维束的组织密 布在竹子的表皮,竹子的 内部却很稀少,这样的结 构形成了一种高强度的 复合材料（竹纤维仿生 材料）。
原物 乌龟壳 青蛙眼睛
做一做
仿生材料 电子蛙眼 潜艇
蛛丝
海豚 白蚁
降落伞绳索
干胶炮弹 薄壳建筑
No1.薄膜材料
在陆地上生活的动物有 肺,能够分离空气中的氧 气,水里的鱼有鳃,能够 分离溶解在水中的氧气, 供给身体使用。人们仿 造这种特性,制作了薄膜 材料,用于制造高浓度氧 气、分离超纯水等,以达 到节省能源以及高分离 率的目的 。
仿生材料资料
“黑寡妇”
天然蜘蛛丝是最坚韧的纤维之一，高强度、高长弹性、 密度小，而且能传递信息、反射紫外线，是人类已知世界上 最优良的纤维。长期以来，科学家一直在研究如何大量制造 蜘蛛丝的方法。1997年初，美国生物学家安妮·穆尔发现， 在美国南部有一种称为“黑寡妇”的蜘蛛，它吐出的丝比任 何蜘蛛丝的强度都高，具有很高的防断裂强度，由这种蜘蛛 丝织成的布，比制造防弹背心所用的纤维的强度还高得多。 “黑寡妇”蜘蛛丝的优良性能，很快引起科学家兴趣，他们 设想，要是有一种办法能生产像蜘蛛丝那样的高强度纤维该 多好。
1997 年德国植物学家Barthlott 发现荷叶表面的自清洁效 应和超疏水现象。
所谓超疏水表面一般是指与水滴的接触角大于 150°且 滚动角小于10°的表面, 这种表面在工农业生产及日常 生活中有着广泛的应用, 例如, 集水功能、微流体装置、 抗结冰等.
研究发现, 这些超疏水性生物表面的微纳米结构对其超 疏水性起着至关重要的作用。
坏它。建筑学家模仿它进行了薄 壳建筑设计。这类建筑有许多优
点：用料少，跨度大，坚固耐用。 薄壳建筑也并非都是拱形，举世闻 名的悉尼歌剧院则像一组泊港的群 帆。
像鸡蛋那样的薄壳结构是如此的丰 富多彩而变化万干,它们以最合理, 最自然,最经济,最有效,最进步,最优 美的形式竞相媲美,争放异彩.
鲨鱼皮泳衣是人们根据其外形特征起的绰
美国麻省国家陆军生物化学指挥中心和加拿大魁北克内 克夏生物科技公司从“黑寡妇”蜘蛛身上抽取出蜘蛛基因植 入山羊体内，让羊奶具有蜘蛛丝蛋白，再利用特殊的纺丝程 序，将羊奶中的蜘蛛丝蛋白纺成人造基因蜘蛛丝，这种丝被
称为生物钢（Bio-Steel）。用这种方法生产的人造基
因蜘蛛丝比钢强4至5倍，而且具有如蚕丝般的柔软和光泽， 而且还可以生物降解，不会带来环境污染。可用于制造高级 防弹衣，还能制造战斗飞行器、坦克、雷达、卫星等装备的 防护罩等。
第七章 仿生材料
环境协调化的发展阶段，复合材料的仿生设 计与探索正好体现了这一特点。
总结生物体的有用规律，建立模型，为复合 材料的研究和设计提供依据是一种有效的方 法。随着材料科学和仿生学的发展，作为交 叉学科的仿生材料学经过不断积累和发展， 在材料科学家、生物学家、医学专家的密切 配合下，材料的仿生制备研究必将成为当今 材料科学研究最活跃的前沿领域之一。
二、骨骼的分级结构与多孔结构
骨骼主要有松质骨和密质骨两种。 骨骼是一种典型的、复杂的复合材料。 在骨的生长过程中，伴随骨的增长和增粗， 体内每块骨的形态结构都在进行不断的改建， 使之与自身的生长相一致。松质骨中最初形 成的骨小梁排列方向乱，支持功能差，经改 建后骨小梁的方向与各骨所承受的压力和张 力方向——致，从而增强了骨的坚固性。同 时骨骼的机械性能源于其结构，在骨的多级 结构中，羧基磷灰石(通常是含碳的磷
器官材料的规律而设计制造的人工材料。 生物仿生材料学是一门新型的交叉学科， 包括了材料科学与工程、分子生物学、生 物化学、物理学及其他学科内容。
一、仿生材料研究内容
目前，仿生材料学的研究内容主要包括以 下几个方面： (1)天然生物材料的结构、物理性质和化学 性质分析（如骨、木、珍珠、皮肤等）；
(2)模仿生物体组成、结构及性能的材料制备 与开发； (3)利用生物加工技术制备材料的力学行为分 析； (4)在模仿过程中受到启发，以所得到的新概 念，进行新型合成材料的设计； (5)仿生材料和结构在新领域中的应用，如在 机器人和航空结构等方面； (6)在生物结构的力学分析指导下，对现有结 构设计的优化； (7)生物材料及结构在进化过程中，所用设计 标准的分析； (8)模仿生物体所进行的某些系统的开发。
纤维是细长的空心管子，对于结定的强度和刚度 要求，它所需的材料比实杆少。离中心线越远， 材料受力越大，空心管子的材料受力几乎都集中 在离中心线很远的边缘上，因此，比一根同样重 的实心杆的刚度大很多。
仿生学材料
1.我从中了解到啄木鸟、食蚁兽的生活特性和特异能，从它们身上我突然想到了一个问题，同时也得到一个启发：在农村果园里，我们常常发现害虫钻进树干、成熟的果子里，为了保护果林，农民们只得不断地大量喷农药，这样的结果呢？不但成本高，而且人们在食用时，超标的农药让人们望而生畏，如果灭虫不及时，人们也只得把那些“无药可救”的果树心痛地砍掉。
在现代化的农村里，也不可能有那么多的啄木鸟来帮果树们看病。
2.大自然给人们有许多的启示，飞机是根据蜻蜓发明的、流状形的轮船是仿照海底的鲸发明的，那么我在想：我们何不仿照啄木鸟的嘴和食蚁兽的舌头来制造一种轻便的灭虫机呢？在这种灭虫机里，我们可以装一块电脑芯片，这样，它就可以准确无误探测到病树，然后，我们可以按一下手柄上的一个红键，从那里面就会弹出一个类似啄木鸟的嘴一样的又尖又带勾的钢管，它可以准确无误地在有害虫的树上打一个极小的洞，然后用带勾的钢管嘴将它勾出。
要是白蚁呢？大家不要慌，我们可以先将钢管嘴收进去，然后，再按绿色的健，一条仿食蚁兽的舌头就会从里面弹来，那富有粘性的长舌，一“钻”进洞里，那白蚁便会轻而易举地全部被消灭。
从这个问题中，我们得到了一个启发，从而也从中得到了一个创新。
3.日本的科学家从蚂蚁觅食中受到了启示。
他们开发出一种大规模集成电路，模拟觅食的蚂蚁齐心合力搬运食物，从距离最近的“食物源”顺次向“蚁巢”源源不断地输送信息。
根据这种新的信息处理方法，人们很可能开发出一种新型计算模式的计算机呢。
4.大自然给我们的启示还有很多,其中有一种蛇叫响尾蛇,它有一种红外线的眼睛,人类通过这种蛇的眼睛,研制出一种有着响尾蛇一样眼睛的导弹,它的名字叫响尾蛇导弹,因为人类是仿照响尾蛇眼睛制造出来的,所以命名为响尾蛇导弹。
响尾蛇导弹能和响尾蛇一样,能用"热眼"准确无误的跟踪敌人,直至把敌人摧毁.因为响尾蛇的"热眼"是根据敌人的温度来判断敌人的位置,飞机,战舰,坦克等这些东西,响尾蛇导弹都能准确无误的命中.法国研制的机动式低空近程全天候地空导弹。
仿生材料知识点总结
随着科学技术的飞速发展，仿生材料作为一种新型材料，逐渐备受人们的关注。
仿生材料是通过模拟生物体结构和功能设计制备的一种新型材料，具有优异的特性和潜在的广泛应用前景。
本文将从仿生学原理、仿生材料种类、仿生材料的应用及未来发展方向等方面对仿生材料进行全面的介绍和分析。
一、仿生学原理1. 生物结构与功能生物体通过数亿年的进化，形成了各种优异的结构和功能。
比如，鱼类的鳞片具有优秀的流体动力学特性，能够减小水的阻力；鲎的眼睛能够在暗光环境下捕捉光线，具有优异的光学性能；鸟类的羽毛可以保持温暖，还能够实现滑翔等功能。
这些生物结构和功能都是自然界的杰作，值得借鉴和研究。
2. 仿生学原理仿生学是研究生物结构、功能和行为，并将其运用于人工制品设计、制造的一门综合科学。
仿生学原理就是通过模仿生物体的结构和功能，设计制备出具有类似特性的人造材料。
仿生学原理的主要目的是利用生物体中已经证实有效的结构和功能，并将其应用在人工制品中，以实现更好的性能表现和更广泛的应用。
二、仿生材料种类仿生材料种类繁多，主要可以分为三大类：结构仿生材料、功能仿生材料和生物仿生材料。
1. 结构仿生材料结构仿生材料是通过模仿生物体的结构形态而设计制备的一类材料。
比如，模仿鸟类的羽毛结构设计制备出高性能飞行器表面覆盖材料；模仿树叶表面超疏水结构设计制备出具有自清洁功能的材料等。
2. 功能仿生材料功能仿生材料是通过模仿生物体的功能特性而设计制备的一类材料。
比如，模仿蝴蝶翅膀的结构设计制备出具有显色性能的材料；模仿鲎眼睛的结构设计制备出具有光学性能的材料等。
3. 生物仿生材料生物仿生材料是通过模仿生物体的生物化学成分而设计制备的一类材料。
比如，模仿贝壳的钙化机制设计制备出具有高机械性能和生物相容性的生物陶瓷材料；模仿昆虫的外骨骼构造设计制备出具有高强度和轻质的生物复合材料等。
仿生材料在生活和工业中有着广泛的应用，主要涉及领域包括但不限于：航空航天、船舶制造、材料科学、生物医药、建筑工程、环境保护等。
仿生材料
仿生材料指模仿生物的各种特点或特性而开发的材料。
仿生材料学是仿生学的一个重要分支，是化学、材料学、生物学、物理学等学科的交叉。
受生物启发或者模仿生物的各种特性而开发的材料称仿生材料，仿生材料在21世纪将为人类做出更大的贡献。
人造骨卵是鸟类和爬虫类生育在体外的动物的最大细胞。
它的壳,是石灰质构成的,内部有卵白和卵黄。
美国学者Finks 对此发表了非常有趣的假说,认为卵的结构无论从力学或者工学的观点来思考,都有许多值得学习的地方,人类现在的包装技术与之相比相形见绌。
卵壳的形成过程与牙齿和骨头的发育过程相同,被称之为钙化过程,与无机和有机的界面化学相关,据有关报道,人们正在研究一种人造骨。
相信在不远的将来,通过对有机和无机复合材料形成技术的研究,不仅在包装技术方面人们会学习和采用生物卵壳的形成方式,同时在医学科学中也会开创新的领域。
人造骨是一种具有生物功能的新型无机非金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质的结构，人造骨可以依靠从人体体液补充某些离子形成新骨，可在骨骼接合界面发生分解、吸收、析出等反应，实现骨骼牢固结合。
人造骨植入人体内需要人体中的Ca2+与PO4 3-离子形成新骨.因为钛可以和人骨密切结合，新的骨头可以贴合在钛上，所以钛是最好的人造骨的材料,钛是一种纯性金属，正因为钛金属的“纯”，故物质和它接触的时候，不会产生化学反应。
也就是说，因为钛的耐腐蚀性、稳定性高，使它在和人长期接触以后也不影响其本质，所以不会造成人的过敏，它是唯一对人类植物神经和味觉没有任何影响的金属。
钛又被人们称为“亲生物金属”。
钛在医学上有着独特的用途。
在骨头损伤处，用钛片和钛螺丝钉固定好，过几个月，骨头就会长在钛片上和螺丝钉的螺纹里。
新的肌肉就包在钛片上，这种“钛骨”就如真的骨头一样，甚至可以用钛制人造骨头来代替人骨治疗骨折。
环境材料学 第12章 仿生物材料
三明治结构 两侧外表面是较硬的拉伸膜，内层 材料是由非常轻、类似泡沫状的细 胞组成。 相当于一种加入填充剂的生物复合 纤维 典型的生物复合纤维：蝗虫键、昆 虫表皮、角、草叶等
12.2.4 生物矿物
构成生物材料的一种重要成分，指动
植物体内的无机矿物材料，如骨、牙、 软体动物壳、植物维管束等。 由无机矿物结晶与有机基质组成的具 有高级有序结构的复合材料。 作用：骨架支撑、重力传感、磁场传 感等
碳 50%- 0%-4%
其它元素 微量
1. 蛋白质的三大基础功能 构成和修复组织 调解生理功能 供给能量
蛋白质的分类： 1.纤维蛋白 2.球蛋白 3.血红蛋白 4.肌红蛋白 5.角蛋白 结构蛋白 6.胶原蛋白
结构蛋白质 1.结构支撑以及增强组织机械强度 2.广泛存在于动物的毛发、磷、羽、 甲、蹄、角、爪、喙、丝等当中
目前的生物惰性陶瓷 a)氧化铝陶瓷 b)单晶陶瓷 c)氧化锆陶瓷 d)玻璃陶瓷等
临床使用超过14年
陶瓷牙
表12-6
生物活性陶瓷材料 表面生物活性陶瓷 陶瓷在生物体内发生选择性化学反应， 形成一层覆盖表面的羟基磷灰石，使植入 体表面和周围组织形成化学键结合，阻止 了植入材料随时间发生进一步降解。 生物吸收生物陶瓷（生物降解陶瓷） 含有可通过新陈代谢途径吸收、化解的 成分，如磷、钙等。被植入生物体内后， 起着空间骨架和临时填充的作用，经逐步 降解和吸收，最终被新形成的生物组织替 换。
生物相容性
环境协调性
材料反应性
宿主反应性
生态设计
环境友好加工
评价材料生物相容性的有关指标 适应性反应 宿 全身反映 主 反 局部反应 应 血液反映 材 料 反 应
腐蚀 吸收 降解 磨损 膨胀 浸析
生物医学中的仿生材料
生物医学中的仿生材料生物医学是由生物医学工程师来开发和研究的交叉学科，旨在将工程学和医学的原理和技术结合起来，用于解决医学领域的问题。
作为交叉学科，生物医学的发展需要依赖各种各样的技术，而仿生材料就是其中之一。
什么是仿生材料？仿生材料是将生物学和工程学两个领域的知识结合起来，以模仿自然界中某些生物组织或器官而制造出来的材料。
与传统的材料不同，仿生材料具有更加类似于自然组织的物理和化学性质，甚至可以在一定程度上模拟自然组织的生物学特性，从而可以在医学领域中应用。
仿生材料的应用仿生材料的应用在生物医学工程中非常广泛，应用领域主要涉及以下三个方面：1.医疗器械仿生材料的应用最为显著的领域便是医疗器械。
其中，仿生材料制造的植入物是其中非常重要的一类。
因为这类植入物可以直接与人体的某些组织或器官接触，因此需要具有良好的生物相容性和机械强度，并且需要经过与人体组织的交互设计，以提高其长期使用的效果。
目前，仿生材料制造的植入物已广泛应用于骨骼修复、关节置换、心脏瓣膜、耳鼻喉、牙科修复等领域。
2.医学检测仿生材料的应用还包括医学检测领域。
例如，用于血糖检测的仿生材料检测器件，模拟胰岛素分泌的机制，并将其设计成便于实际使用的样式。
除此之外，仿生材料用于生物芯片的制造，利用仿生材料构建出微流控芯片，以检测DNA、蛋白质等生物分子，获得广泛应用。
3.组织工程仿生材料的应用还包括生物组织工程领域。
仿生材料可以制造出类似于人体组织的材料，用于修复或替代受损的人体组织。
例如，仿生材料可以制成生物人工血管，用于治疗血管疾病。
此外，还可以制造出人工皮肤，用于治疗烧伤、创面等病症。
仿生材料的发展随着生物医学技术的不断发展，仿生材料的应用领域也越来越广泛。
在现代医学中，各种仿生材料被广泛应用，并不断被发展和改进。
虽然仿生材料存在着一些缺陷，如种植不稳定、成本较高等问题，但未来仍具有广阔的发展前景。
结语仿生材料在生物医学领域中的应用，是对自然组织和生命本质的深入研究和对科技的巧妙运用。
仿生材料
聚电解质多层膜逐层组装过程及结构
超薄多层TiO2/聚合物膜的制作过程
四、仿生合成材料的应用前景
仿生合成材料是具有特殊性能的新型材料，有着特殊的物理、化学性能和 潜在的广阔应用前景。 1、微米级仿生合成材料是极好的隔热隔声材料； 2、具有纳米级精细孔结构的分子筛，可以根据粒子大小对细颗粒进行准 确的分类，如筛选细菌与病毒； 3、与催化剂相结合，这种材料可以实现反应与分离过程的有效耦合，如 用于高渗透通量、高分离精度的纯净水生产装置； 4、仿生合成的磷灰石材料是性能优异的新骨组织构造基架，有望用于骨 移植的外科手术中； 5、仿生合成制取的纳米材料在光电子等其它领域同样存在广阔的应用前 景。为充分发挥仿生合成技术在无机材料制备中的应用潜力，仿生合成技 术的应用研究为仿生合成技术进一步工业化、产业化提供了过渡桥梁。
一、仿生材料的概念
• 仿生材料是指模仿自然界中各种生物体的特点或特性而开发的材料。 对天然生物材料的结构、性能和生长机理的分析与复制，是当今材料 科学研究的前沿课题。
二、仿生材料的分类
生物仿生材料学(1960年9月第一届仿生讨论会，J. Steele正式提出)是一门新型的交
叉学科，包括了材料科学与工程、分子生物学、生物化学、物理学及其他学科内容。
人们仿造这种特性,制作了薄膜材料,用于制造高浓度氧气、分离超 纯水等,以达到节省能源以及高分离率的目的 。目前人们正在研制具有 动物肺和鱼鳃那样功能的材料,如果研制成功的话,人类在水底世界的活 动将发生一场新的革命。
鱼鳃
特种薄膜材料100%纯天然植物精华， 比同类产品高出3倍的吸附能力！
四、无机材料的仿生合成实例
特殊浸润性界面仿生材料
兰州化物所仿生微纳米复合双层结构材料
2、最早开始研究并取得成功的仿生材料之一就是模仿 天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。
仿生学领域中仿生材料的研究及应用
仿生学领域中仿生材料的研究及应用近年来，仿生学领域受到越来越多的关注，人们对生物界的探索不断推动着科技的发展。
仿生学是模拟和学习生物界的物质、结构、力学和运动等特性，研究如何将其应用到工业、医学、农业等领域中。
在仿生学领域中，仿生材料的研究和应用一直是研究的重点和热点。
本文将从仿生材料的定义、分类、研究方向和应用领域等方面进行论述。
一、仿生材料的定义和分类仿生材料是指通过仿造生物界的物质结构和运动特性，来制造出一种与生物相似或相同的、具有特定功能的新材料。
它主要分为两类：一类是模拟生物材料的化学或物理特性，如仿生橡胶、仿生石墨烯等；另一类是模拟生物组织的结构和功能，如仿生组织、仿生肌肉等。
其中，仿生材料的结构与性能质量直接决定仿生材料的应用性能和市场价值。
二、仿生材料的研究方向（一）仿生材料的制备技术仿生材料的制备技术是研究的基础和关键。
目前常用的制备方法包括自组装技术、生长法、浓缩法等。
自组装技术是将多种无机或有机材料进行叠层排列，从而制备出具有特定形貌和性能的材料。
生长法主要是通过生物体的生长反应，使材料在特定的温度、pH值等条件下形成一定的结构，如生物矿化、生物膜等。
浓缩法是通过合成液对材料进行浓缩，形成一定结构和性能的材料。
（二）仿生材料的性能评估与分析仿生材料具有复杂的结构和功能，因此对其性能进行评估和分析是必不可少的。
目前主要采用的分析技术有扫描电镜、透射电镜、X射线晶体衍射等。
通过这些技术，可以对材料的结构和性能进行深入研究和分析。
（三）仿生材料的应用仿生材料的应用范围非常广泛，主要应用于工业、医学、军事等领域。
其中，仿生材料在工业领域中的应用主要集中在机器人、传感器等方面。
在医学领域，仿生材料主要应用于人体组织、器官的修复和替代。
而在军事领域，仿生材料主要应用于军事装备的制造和防护。
三、仿生材料的应用案例（一）仿生植物仿生植物是将植物的组织、形态和运动特性等应用于机器人设计中。
研究人员通过仿造植物的根、茎、叶等结构，制造出能够在不同环境中自主移动和感知的智能机器人。
生物材料学-第9章 仿生材料
➢西瓜纤维素的结构与仿生
植物为我们提供了很多有趣的现象，例如我们常 见的西瓜是一种含水量极高的水果，在它的启发 下，人们研制了一种西瓜纤维素构造相似的超吸 水性树脂，它是用特殊设计的高分子材料制造的， 能够吸收超越自身重量数百倍到数千倍的水分， 现在已用于废油的回收，既经济又高效。这种材 料如果进一步得到完善的话，将来液体的包装和 输送就可能用一种全新的技术来代替。比如，将 来的饮料就不再用现在的杯子来装，而是只要用 一片薄膜就可。
Biomimicry (模仿生物)
2
研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及 相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、 工作原理和系统构成的技术科学.
“ 学习自然界的现象作为技术创新的模式” 的 基本概念.
1960年，在美国俄亥俄州召开第一届仿生讨论 会，收到28篇论文。美国学者J.E.斯梯尔提出 “bionics” 一词，他将其定义为：仿生学是研 究模仿生物系统方式，或是以具有生物系统特 征的方式，或是以类似于生物系统方式的系统 科学
乳突直径为2.89±0.32um，距离9.61±2.92um， 纳米管平均直径为30~60nm，
静态接触角约为1600，滚动角约30。
20
➢蜘蛛丝的结构与仿生
最早研究并取得成功的仿生材料之一就是模仿天然纤维和 人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。蚕或者蜘蛛吐出的 丝纯粹是由蛋白质构成，特别是蚕丝，具有温暖的触感和 美丽的光泽。
模仿的形态包括：体表形态结构、 翅的色彩花纹、翅的鳞片结构、足的 形状、昆虫巢穴形态及结构等。
6
仿蝴蝶色彩花纹形态构建军事伪装设施
7
蝴蝶翅膀鳞片仿生
然置功度阳 模 变不实而光 仿 化断现调照 蝴 的变对节射 蝶 控化人体方 翅 制而造温向 面 。引卫的自 上
常见的仿生材料
常见的仿生材料仿生材料是一种具有生物学特性和功能的材料，它可以模仿生物体的结构和功能，具有良好的生物相容性和生物活性。
常见的仿生材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃、生物陶瓷复合材料、生物高分子材料等。
这些材料在医学领域、生物工程领域和生物传感器领域等方面具有重要的应用价值。
生物陶瓷是一种无机非金属材料，具有良好的生物相容性和抗腐蚀性能。
它通常用于制作骨修复材料、人工关节、牙科修复材料等。
生物陶瓷具有高强度、高硬度和耐磨损的特点，能够有效模拟人体组织的力学性能，因此被广泛应用于医学领域。
生物玻璃是一种特殊的玻璃材料，具有良好的生物相容性和生物活性。
它通常用于制作骨修复材料、牙科修复材料、人工眼镜等。
生物玻璃具有优秀的生物降解性能，可以促进骨组织再生和修复，因此在医学领域具有重要的应用前景。
生物陶瓷复合材料是将生物陶瓷与其他材料复合而成的材料，具有综合性能优异的特点。
生物陶瓷复合材料通常具有良好的生物相容性、高强度、高韧性和耐磨损性能，被广泛应用于人工关节、牙科修复材料、骨修复材料等领域。
生物高分子材料是一类具有生物相容性和生物降解性能的高分子材料，包括生物降解塑料、生物降解纤维、生物降解膜等。
这些材料通常用于医学缝合线、医学缝合丝、组织工程支架等领域，具有良好的生物相容性和生物降解性能，能够有效促进组织再生和修复。
总的来说，常见的仿生材料具有良好的生物相容性、生物活性和生物降解性能，能够有效模仿生物体的结构和功能，具有重要的应用价值。
这些材料在医学领域、生物工程领域和生物传感器领域等方面发挥着重要作用，为人类健康和生活质量的提高做出了重要贡献。
随着科学技术的不断进步，相信这些仿生材料将会有更广泛的应用和更好的发展。
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仿生复合材料发展概况与研究进展【摘要】本文介绍了天然生物材料的特性、人工复合材料存在的问题。
以贝壳珍珠层其相应的仿生材料为例介绍了近年来的研究进展，并展望了结构仿生复合材料的发展前景。
认为应对现有生物体的结构特征与其性能的相关性进行进一步的研究，从材料科学角度研究它们的规律，进行仿生设计，以推动仿生材料学的发展。
关键词：生物仿生复合材料结构表征综述中图分类号：文献标识码：文章编号：Research Status of Structure Biomimetic MaterialsLi Qinglong(School of Biological and Agricultural Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China) Abstract In this paper, the research and recent development of the structure characteristic of shell nacre and some kinds of natural biomaterials and the corresponding structure biomimetic materials are reviewed. And the future of structure biomimetic materials is prospected. The study of biomimetic materials is a crucial direction of materials science. The bio-structure sharacteristics and its relevance to properties should be further studied in the research of structure biomimetic materials to facilitate the development of biomimetic materials science.Key words biomimetic materals, structure attribute, review引言在大自然中，各种生物为了适应自身生存的环境，在经历了长期的进化之后，形成了具有，各自特色的生物结构和优良的性能。
从20世纪60年代J.steele正式提出仿生学的概念起[1]，仿生学作为一个学科被正式提出。
自20世纪80年代以来，生物自然复合材料及其仿生的研究在国际上引起了极大重视[2]，目前正在逐步形成新的研究领域，即仿生复合材料。
组成生物自然复合材料的原始材料(成分)从生物多糖到各种各样的蛋白质、无机物和矿物质，虽然这些原始生物材料的力学性质并不好，但是这些材料通过优良的复合与构造，形成了具有很高强度、刚度以及韧性的生物自然复合材料[3]。
对这些生物自然复合材料精细结构的深人研究会对人工合成高性能复合材料以及智能材料的研究提供有益的指导，并将为新型材料的设计和制造开辟新的途径。
专家们预言，材料的智能化将是二十一世纪人类面临的课题，这种智能材料象生物一样，可以根据外部的条件变化而提供异常情况并相应地改变特性，且具有自行愈合、修复和再生的机能。
本文仅仿生复合材料的发展状况作简要的介绍并例举贝壳珍珠层及其相应的仿生复合材料近年来的研究进展。
1.天然生物材料的特性几乎地球上所有的生物材料都属于复合材料，其中一些具有高强度和高模量，即使是陶瓷材料也有很高的断裂韧性。
与其它材料相比，生物材料具有自我调节功能，来适应周围环境的变化，一些生物材料还具有自适应和自愈合能力。
1.1生物材料的复合特性大多数复合材料的优良性能是通过基体、增强材料和界面的复合来保证的。
现存的生物结构大都符合环境的要求，并成功地达到了优化的水平。
植物的细胞和动物的骨骼均可视为生物材料的增强材料，如骨骼、象牙和龟壳的胶原纤维、竹子的维管束以及木材的木纤维等。
在有关的因素中，增强材料的体积分数、厚度和取向等均与生物材料的强度、刚度和韧性密切相关。
1.2生物材料的功能适应性生物材料的复杂性是长期自然选择的结果，是由功能适应性所决定的。
如骨中应力大的区域正好配上高密度和高强度的区域;竹子是一个由基部向上逐渐递减的圆锥形的空心结构，每隔几厘米至几十厘米有一竹节，由节横壁组成一个纵横关连的整体，这对中空细长的竹杆的刚度和稳定性起着重要的作用;龟壳由位于壳体外侧的密质层和位于内侧的松质层组成，它们之间无明显的界线，密质层中棒状晶定向排列，松质层中棒状晶无规分布，而在基板之间则由结构松散的片状晶体组成;象牙是由左旋和右旋的两组呈放射状分布的板所构成，每板层内的胶原纤维近似平行于放射状曲面，不同板层间的胶原纤维取向是沿板层切面的轴旋转90度，且相邻板层间胶原纤维的取向是逐渐过渡的等。
1.3生物材料的创伤愈合生物体的显著特点之一是具有再生机能，受到损伤破坏之后能自行调节使创伤愈合。
例如树木和骨的创伤愈合，就是最好的证明。
2.当前复合材料研究中存在的一些问题基于复合材料按基体分为聚合物、陶瓷基和金属基复合材料或按增强材料分为纤维、短纤维、晶须、颗粒和晶片增强复合材料，当前在复合材料研究中有以下几个方面的问题：2.1连续纤维的脆性绝大多数增强用的高强度和高模量连续纤维均是脆性的，特别是陶瓷纤维更是如此。
如果以它们来增强聚合物或金属，因为纤维的断裂延伸率低于基体的断裂延伸率，而其强度和模量远大于基体，容易在二者的界面产生应力，造成界面设计的困难。
2.2短纤维易从基体中拔出导致复合材料失效由于短纤维增强复合材料具有优异的成型性和可加工性，现在已经在复合材料中得到了广泛的应用，但其性能往往由于短纤维的拔出和脱粘而降低。
2.3晶须长径比难于选择当前已经开发成功了高强度和高刚度的陶瓷晶须，但其长径比的选择确非易事。
当晶须的长径比过大时，容易在基体中产生大于临界尺寸的裂纹;而过小的长径比则使晶须对基体的增强效果降低。
2.4陶瓷基复合材料增韧的困难陶瓷最大的缺点就是其脆性。
但因结构和工艺的复杂性，使得人们在寻求陶瓷基复合材料增韧途径时遇到了重重困难。
2.5复合材料内部损伤愈合方法纤维增强复合材料已经成为了重要的结构材料，但因增强用的连续纤维的断裂延伸率低，常使复合材料在生产和使用过程中出现内部损伤，而要使这些损伤愈合并不容易。
3仿生复合材料的研究进展和应用前景3.1仿生复合材料的研究进展迄今为止，在复合材料的仿生设计方面已经开展了如下工作:3.1.1复合材料形态仿生的研究复合材料的形态仿生就是模仿生物材料的外观形态来进行复合材料的仿生设计，它们包括空心纤维、哑铃形纤维、珠链状纤维、环形纤维、分形树结构型纤维、螺旋纤维以及其它的异形纤维等来增强的复合材料。
通过理论分析和实验验证，形态仿生的纤维增强复合材料具有比平直纤维增强的复合材料更高的强度和断裂韧性，可以利用管状纤维来研究复合材料的仿生愈合。
3.1.2复合材料结构仿生的研究复合材料的结构仿生就是模仿生物材料的内部结构来进行复合材料的仿生设计，它们包括仿竹复合材料和仿贝壳珍珠层复合材料等。
同样结构仿生的复合材料也具有高的强度和断裂韧性，且某些还可能促进材料的损伤愈合。
3.2仿生复合材料的应用前景在印刷线路板及其基板中，仿生复合材料具有广阔的应用前景。
如利用形态仿生纤维所生产的长纤维、短纤维和晶须等来增强聚合物基、金属基和陶瓷基板，该板较现在用平直纤维生产的板，有更高的强度和韧性;而利用仿贝壳珍珠层复合材料来实现陶瓷基板的增韧等，最后达到板材高性能化的目的。
4贝壳珍珠层与仿生复合材料4.1贝壳珍珠层的结构特征人们发现虽然贝壳珍珠层的组成中近95%是普通陶瓷碳酸钙，但其综合力学性能，特别是断裂韧性，比单相碳酸钙陶瓷高2~3个数量级[4].贝壳具有高级陶瓷的强度，这种特性是由其结构决定的.贝壳的结构分为三层，由外向内依次是角质层、棱柱层和珍珠层，珍珠层是最强韧的部分.珍珠层的组成包括文石晶体(正交结构碳酸钙)、有机基质和少量的水。
在珍珠层的I阶细观结构上，增强元霞石片的长宽方向与贝壳表面平行，具有(4~10)μ×(4~10)μ×(0.3~1.5)μm的典型尺寸，多个薄层在同一层面内以尺寸小于15nm的有机物粘合，在相邻层面内以约15nm的有机物粘合，这样的钙盐具有高达99%的质量分数和95%的体积分数，有机物和水仅占1%的质量分数和5%的体积分数。
因此，它是一种天然陶瓷基复合材料，其独特的结构侧面与砖墙形貌非常相似，而层面则与多晶体的金相组织接近(图1).图1.珍珠贝壳结构示意图4.2仿珍珠层的陶瓷增韧复合材料对贝壳珍珠层的结构研究表明，珍珠层内的文石晶体与有机基质交替叠层排列方式是造成裂纹偏转产生韧化的关键因素。
在贝壳组成中的角质层、棱柱层与珍珠层中，有机基质层的强度较弱，对来自棱柱层的与贝壳表面垂直的裂纹，有机基质层易于诱导裂纹在其中偏转，从而阻止裂纹的穿透扩展，即向珍珠层扩展时受阻.因此，可以把珍珠层的结构抽象为软硬相交替的多层增韧结构，这是一种靠细观结构实现的止裂机制.根据这一止裂机制，人们开展了仿珍珠层陶瓷增韧复合材料的研究.Saridaya M.以Al为软相，以B4C为晶相叠层，制成的仿珍珠层陶瓷增韧复合材料，其断裂韧性提高了30%[5]，而Clegg W.J.以石墨为软相，以SiC为陶瓷基，叠层热压成型，制成的SIC/石墨增韧复合材料其断裂功提高100倍[6]张永俐以Al为软相，siC为陶瓷基，叠层热压成型，制成sic/Al增韧复合材料，其断裂韧性提高了2~5倍，杨辉等以C纤维为软相，A1203为陶瓷基，叠层热压烧结，制成A12O3增韧复合材料，其断裂韧性提高了1.5~2倍。
无机金属软相虽然能在一定程度上钝化裂纹尖端，但不能有效地阻止裂纹的穿透扩展.石墨层能够造成裂纹在界面处发生偏转，但这种弱化界面的方法其止裂能力十分有限.以高分子材料为软相的仿陶瓷复合材料其软相止裂能力更加优越，汪日志等人制备出的A12O3/环氧树脂及A12O3/芳伦纤维增强环氧树脂叠层仿珍珠层复合材料，与单相A12O3相比，A12O3/环氧树脂复合材料的断裂功提高了25%，而A1203/芳伦纤维增强环氧树脂的断裂功提高了80倍[7].可见，高分子材料作为软相显示出了巨大的优势.结束语生物有机体是一种天然复合材料，其结构合理，功能性强;从仿生学概念的提出，至今己有四十余年，在仿生材料领域的研究虽然已有长足的进展，增进了人们对仿生材料的认识，但其发展速度仍然缓慢.从形态学和力学的观点看，生物的结构和功能是极其复杂的。