仿生复合材料
仿生粘附材料的研究与应用
仿生粘附材料的研究与应用近年来，随着人们对仿生学的深入研究和了解，仿生材料的应用也越来越广泛。
其中，仿生粘附材料的研究和应用已经成为热门领域之一，因其在实现许多复杂的应用中提供了新的可能性。
一、仿生粘附材料的意义和发展仿生粘附材料是一种可以在不依赖外部能量的情况下实现牢固吸附的材料。
与传统粘附材料相比，仿生粘附材料具有以下优势：1. 高强度、高灵活性：仿生材料可以实现高强度、高灵活性的吸附，这种吸附如同动物须发和鸟类趾部的自动吸附一样。
2. 无损吸附：通过仿生粘附材料的特殊结构设计和模仿，其吸附过程无需使用任何化学粘合剂或机械固定，从而防止了吸附物表面的损伤。
3. 使用多种材料：仿生粘附材料不受实验条件的限制，可以使用各种材料，如硅胶、Teflon、金属等。
随着对诸如动物须发、蜘蛛吐丝等天然吸附现象的研究，仿生粘附材料的发展越来越快。
目前，仿生粘附材料已经被应用于各种领域，包括微型机器人、医疗、建筑、环境保护、航空航天等。
二、仿生粘附材料的特点1. 结构的特殊设计。
仿生粘附材料是通过模仿生物体表面的特殊结构，来达到吸附的效果。
比如，仿生粘附材料可以借鉴蜘蛛的吐丝和螺旋形结构，从而提高吸附力。
2. 材料的特性。
仿生粘附材料的制作材料不仅限于复合材料，还可以使用氢键、静电力，甚至是多种材料混合制成的材料来实现吸附。
3. 原理的基础。
仿生粘附材料可以分为静态吸附和动态吸附，而其本质还是依靠各种微观相互作用力的作用。
比如，吸附表面的物质结构和表面大小，吸附物与吸附表面之间的键合能，都会影响吸附力。
三、仿生粘附材料的应用1. 微型机器人。
微型机器人的制造需要具有高效的流体控制、传感和粘附特性等技术。
仿生粘附材料可以在微型机器人中实现特定位置的附着和对一些很小的微粒的捕捉和释放。
2. 医疗应用。
仿生粘附材料可以使用于医疗领域，如在半导体植入体使用上，通过仿生粘附材料的生物相容性高和粘附力够，使植入物更加安全可靠。
10-复合材料9-仿生
第9章 仿生复合材料
- 探讨自然界的启示
Y. Lu
1
2007
古代
鲁班造锯：上山砍树，因带齿的丝茅草叶
划破手指而发明了锯子，是一个古老而生动 的仿生例子。
现代
Y. Lu
2
2007
自然界的智慧
• 隐身衣
Y. Lu
27
•
2007
3. 新干线列车(学习对象：翠鸟)
• 日本第一列新干线列车在1964年建造出来的时候，它的速度达到每小时120英里(约合每小时 193公里)。但是，如此快的速度却有一个不利方面，列车驶出隧道时总会发出震耳欲聋的噪 音，乘客抱怨说有一种火车挤到一起的感觉。这时，日本工程师中津英治(Eiji Nakatsu)介入 了这件事。中津英治还是一位鸟类爱好者，他发现新干线列车总在不断推挤前面的空气， 形成了一堵“风墙”。 当这堵墙同隧道外面的空气相碰撞时，便产生了震耳欲聋的响声，这本身对列车施加了巨 大的压力。中津英治在对这个问题仔细分析之后，意识到新干线必须要像跳水运动员入水 一样“穿透”隧道。为了获取灵感，他开始研究善于俯冲的鸟类——翠鸟的行为。翠鸟生 活在河流湖泊附近高高的枝头上，经常俯冲入水捕鱼，它们的喙外形像刀子一样，瞬间穿 越空气，从水面穿过时几乎不产生一点涟漪。 中津英治对不同外形的新干线列车进行了实验，发现迄今最能穿透那堵风墙的外形几乎同 翠鸟的喙外形一样。现在，日本的高速列车都具有长长的像鸟喙一样的车头，令其相对安 静地离开隧道。事实上，外形经过改进的新干线列车的速度比以前快10%，能效高出15%。
自清洁表面（涂料，材料） 德国生物学家Barthlott发现
仿生材料的制备及性能评价
仿生材料的制备及性能评价近年来，随着科技的不断进步与人们的需求不断增加，仿生材料的研究被视为制造业和生物医学领域的一项重要技术。
仿生材料的制备及性能评价是其中最核心的问题之一。
一、仿生材料的定义及其应用仿生材料是指通过模仿生物体的结构和机理，设计、制造出具有类似生物体性能的人工材料。
仿生材料应用广泛，主要包括生物医学材料、环境保护材料、智能机器等领域。
生物医学材料方面，仿生材料的制备可以用于制造人工骨骼、胶原蛋白等生物替代材料，用于修复人体器官和组织，取代或弥补存在缺陷的生物材料，实现生物材料的再生和治疗。
在环保领域，仿生材料的制备可以制造出具有净化水源、改善空气质量等功能的新型材料，可以有效降低环保成本，提高环保效率。
在智能机器领域，仿生材料的应用可以制造出具有自修复能力机器、具有自适应机能的机器等，不断提高机器的精准度和适应能力。
二、仿生材料的制备有多种方法可以制备仿生材料，其中最常用的包括自组装法、电化学沉积法、纳米复合材料法、3D打印技术等。
1、自组装法自组装法是通过一定的条件和方法（如电场、温度、pH值等）使分子或颗粒在自由状态下自发组装成二维或三维超分子结构，最终得到固体材料。
自组装法制备的材料具有成本低、结构复杂、形态可控、超分子结构规律等优点。
目前自组装法中应用较多的是溶液自组装法、气相自组装法和薄膜自组装法。
2、电化学沉积法电化学沉积法是将化学物质通过电流进行还原或氧化，使得原料从溶液中析出成固体材料，实现所需形状和结构的制造技术。
电化学沉积法制备的仿生材料具有成本低、控制性强、生物相容性良好等优点。
目前电化学沉积法中应用广泛的是阳极氧化法和电镀法。
3、纳米复合材料法纳米复合材料法是将纳米尺度的粉体或人工合成的蛋白石结合于材料基体中，制备具有特定的功能和结构的新型材料。
纳米复合材料法的制备技术成本低，结构变化灵活，功能所得相对较好。
纳米复合材料法中应用较多的有化学还原法、高温煅烧法、半导体量子点掺杂法等。
复合材料连接特点及仿生技术的应用
复合材料连接特点及仿生技术的应用摘要：工程结构中的连接部位通常是一个结构最薄弱、最容易发生破坏的地方，所以接头设计是结构设计的一项重要内容。
缺乏有效地复合材料连接技术是复合材料在工程中得到进一步应用的最大限制，因此有必要对传统连接技术的特点进行分析，并对连接效率更高新型仿生技术进行探究和借鉴，从而确定更优的连接形式，提高复合材料结构在工程中的应用范围。
关键词：复合材料连接；仿生技术；工程应用；1复合材料连接技术在工程中的重要性随着汽车轻量化、航空及军工材料多元化发展趋势，传统金属材料已不能完全满足使用需求，复合材料的快速发展和广泛应用使得材料运用更加完善。
玻璃或碳纤维增强树脂基复合材料具有高比强度和比刚度，已经在航空航天、机械和海军工程等领域中使用了几十年。
近年来，纤维增强树脂基复合材料也逐渐应用于土木工程中，不仅实现了对现有结构的加固、翻新，且越来越多地被用于关键的结构部件参与结构受力[1,2]。
虽然玻璃钢复合材料非常适合一体化集成制造，但在许多应用中，由于制造、装配程序和物流过程中的尺寸或重量限制，或者考虑到维护要求的结构拆卸，不同部件的机械连接是不可避免的。
在土木工程结构上，复合材料除了在桥梁加固与抢修方面得到应用外，也越来越多的被作为承力结构使用[3,4]。
复合材料有提高结构整体性的优越条件，但尚存的连接处却需传递更大的载荷，连接技术就显得更加突出和关键。
2传统连接技术的特点与现状2.1 特点分析目前复合材料连接技术从原理上可以分为机械连接、胶接、以及胶-螺混合连接三种。
以下对机械连接和胶接的性质特点进行归纳比较，如表1-1所示[5,6]。
表1-1 复合材料机械连接和胶接的基本性质汇总分类机械连接胶接定义使用螺栓、铆钉等将局部开孔的构件连接成一个整体的连接技术。
将构件用胶黏剂粘成一个整体的连接技术。
破坏模式（1）连接件拉伸破坏；（2）螺孔挤压破坏；（3）连接件剪切破坏；（4）劈裂破坏；（5）紧固件破坏。
仿生复合材料
仿生复合材料
仿生复合材料是一种结合了生物学和材料科学的新型材料，它的设计灵感来源
于生物界的各种生物体结构和功能。
通过模仿生物体的结构和功能，仿生复合材料能够实现一些传统材料所无法达到的性能，具有广阔的应用前景和发展潜力。
首先，仿生复合材料的设计理念是模仿生物体的结构和功能。
生物体经过亿万
年的进化，形成了许多优秀的结构和功能，这些结构和功能在某种程度上超越了人工材料的性能。
因此，通过仿生的方式，将生物体的结构和功能引入到材料设计中，可以大大提高材料的性能和功能。
其次，仿生复合材料的制备过程需要充分考虑材料的结构和功能。
在制备仿生
复合材料时，需要选择合适的材料组分，并将其组织成类似生物体结构的形态。
例如，可以通过纳米技术将纳米颗粒组装成类似骨骼结构的复合材料，或者利用仿生学原理设计出具有自修复功能的材料。
最后，仿生复合材料具有广泛的应用前景和发展潜力。
由于仿生复合材料具有
优异的性能和功能，它在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域都有着重要的应用。
例如，利用仿生复合材料可以制备出轻质高强的飞机结构材料，提高飞机的燃油效率和载荷能力；还可以制备出具有生物相容性的医疗材料，用于人体植入和修复。
总之，仿生复合材料是一种具有巨大发展潜力的新型材料，它的设计理念、制
备过程和应用前景都具有重要意义。
随着科学技术的不断进步，相信仿生复合材料将会在未来发展中发挥越来越重要的作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展
贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展一、本文概述贝壳珍珠层，作为自然界中一种独特的复合材料，以其卓越的力学性能和生物活性引起了广大研究者的关注。
其独特的“砖-泥”结构，即硬质的碳酸钙片层与有机基质的交替堆叠，使得贝壳珍珠层在硬度和韧性之间达到了出色的平衡。
近年来，随着材料科学的快速发展，贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展日益显著，为新型高性能材料的开发提供了丰富的灵感和可能。
本文旨在对贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展进行全面的概述和深入的分析。
我们将回顾贝壳珍珠层的基本结构和性能特点，以理解其优异性能的来源。
随后，我们将重点介绍在仿生材料制备技术方面的最新进展，包括模板法、自组装、生物矿化等方法，并探讨这些技术在模拟贝壳珍珠层结构中的应用。
我们还将关注贝壳珍珠层及其仿生材料在多个领域，如生物医学、航空航天、环境保护等方面的潜在应用，并展望其未来的发展方向。
通过本文的阐述，我们希望能够为相关领域的研究者提供一个全面而深入的了解，为推动贝壳珍珠层及其仿生材料的研究和应用提供有益的参考。
二、贝壳珍珠层的结构与性质贝壳珍珠层，作为自然界中一种独特的生物矿化产物，其独特的结构和性质一直是科学家们研究的热点。
其结构主要由文石晶体和有机基质交替堆叠形成，这种有序的层状结构赋予了贝壳珍珠层出色的力学性能和韧性。
在微观尺度上，贝壳珍珠层的文石晶体呈现出特殊的取向和排列方式，这种排列方式能够有效地分散和承受外部应力，从而提高其整体强度。
有机基质在文石晶体之间起到桥梁和连接作用，通过化学键合和物理缠结，使晶体之间的结合更加紧密和稳定。
贝壳珍珠层的性质也因其独特的结构而表现出色。
其硬度较高，能够有效地抵抗外界压力和磨损。
贝壳珍珠层具有较高的断裂韧性和抗冲击性能，这得益于其层状结构和有机基质的协同作用。
贝壳珍珠层还具有良好的光学性能，如光泽度和透明度，使其具有独特的观赏价值。
近年来，随着纳米技术和生物矿化研究的深入，人们对贝壳珍珠层的结构和性质有了更深入的理解。
仿生复合材料
仿生材料研究进展(讲义)Research Progress of biomimetic materials 仿生学（Bionics）诞生于二十世纪60年代，是Bi(o)+(electr)onics的组合词，重点着眼于电子系统，研究如何模仿生物机体和感官结构及工作原理，而材料的仿生研究则由来已久。
80年代后期，日本复合材料学会志发表了一系列关于材料仿生设计的论文[1]，分析了部分生物材料的复合结构和性能，我国学者也开展了卓有成效的探索[2-6]。
美、英等国合作在1992年创办了材料仿生学杂志(Biomimetics)，Biomimetics意为模仿生物，着重力学结构和性质方面的仿生研究。
但人们往往狭义地理解“mimetic”含义，认为材料仿生应尽可能接近模仿材料的结构和性质，而出现一些不必要的争议。
近年来国外出现“Bio-inspired”一词，意为受生物启发而研制的材料或进行的过程。
其含义较广，争议较少，似更贴切，因而渐为材料界所接受。
通常把仿照生命系统的运行模式和生物体材料的结构规律而设计制造的人工材料称为仿生材料(Biomimetic Materials)。
这是材料科学与生命科学相结合的产物，这一结合衍生出三大研究领域：天然生物材料，生物医学材料（狭义仿生）和仿生工程材料（广义仿生—即受生物启发而进行的材料仿生设计、制备与处理等）。
一、天然生物材料与生物医学材料天然生物材料经过亿万年物竞天择的进化，具有独特的结构和优异的性能。
通过天然生物材料的研究，人类得到了很多启示，开发出许多生物医学材料和新型工程材料。
天然生物材料的主要组成为蛋白质，蛋白质分子的基本结构是由各种氨基酸〈己知有20种〉组成的长链，改变氨基酸的种类及排列次序，便可以合成千差万别、性能各异的蛋白质。
蛋白质的合成决定于遗传基因，即RNA〈核糖核酸〉中每三个碱基对构成一个密码子，决定一种氨基酸[7]。
在现代遗传工程研究中采用“基因定位突变技术”，可以改变某些碱基对的顺序和种类，以合成所需要的蛋白质，利用DNA技术直接“克隆”出天然生物材料己有报导。
仿生材料的制备和性能研究
仿生材料的制备和性能研究1. 概述仿生学是一门新兴的学科，它将生物学、物理学、化学和工程学等多个学科知识相结合，研究生物生理学上的奥秘和生物适应性问题，从而应用到工程学领域。
而仿生材料则是仿生学的重要应用，它是通过模仿生物特性和生物构造，制造出新的材料，从而提高材料的性能和适应性。
本文将介绍仿生材料的制备方法和性能研究现状。
2. 仿生材料制备方法2.1 生物模板法生物模板法是一种常用的制备仿生材料的方法。
生物模板是指生物体中的某些组织、细胞或者分子，利用其结构、形态和功能模拟出一种新材料。
常见的生物模板包括蝴蝶翅膀、貝殼、骨骼等等。
生物模板法的制备步骤如下：首先需要对模板进行处理，去除有害物质和有机质。
然后将处理后的模板与材料构成复合材料，最后通过热处理、化学处理等工艺得到仿生材料。
2.2 印迹法印迹法是一种将生物模板制成的刻板通过印迹的方法制造仿生材料的方法。
印迹法的制备步骤如下：将生物模板放在一个高温高压的反应器中，使其产生副反应，然后加入材料到反应器中，使之附着在生物模板表面。
最后，通过去除生物模板，得到仿生材料。
2.3 生物分子模拟法生物分子模拟法是一种模拟和人工生产生物分子来制造仿生材料的方法。
生物分子模拟法的制备步骤如下：首先需要获得特定的生物分子序列，然后通过计算机模拟、化学合成、蛋白质工程等方法，制造出这些生物分子，最后通过组合、配对等方式制得仿生材料。
3. 仿生材料性能研究现状3.1 仿生材料力学性能研究仿生材料力学性能研究主要包括材料刚度、强度和韧性等方面的研究。
对于仿生材料的力学性能优化，可以先从仿生构造特点出发，选用合适的材料和工艺进行制备。
例如，仿生材料中的鸟喙，其刚度高、强度大，可通过选择具有较高刚度、强度的材料进行制备，比如钛合金、碳纤维等。
3.2 仿生材料形态性能研究仿生材料形态性能研究主要研究仿生材料的表面形态、界面结构和微观组织结构等方面的性能。
此外，也需要考虑仿生材料的生物适应性以及生产成本等因素。
复合材料-第八章仿生复合材料
仿树根气相生长C纤维
仿草根气相生长C纤维
3、分形树状氧化锌晶须的制备
可将锌粉在水中研磨，然后沉淀、烘干，经灼烧制成样品。
4、碳纤维螺旋束的增韧效应
平直纤维分布较为均匀，螺旋纤 维则呈束状分布。 平直纤维的体积分数较难控制， 一般在0.35－0.65之间变动，而螺 旋纤维由于直径较粗，体积分数较 易控制，可在0.1－0.3之间变动， 这有利于以最少的纤维用量来满足 不同的使用要求。 甚至可在同一试样不同区域内得 到不同的纤维含量，这可进一步模 仿竹中增强体的力学优化分布。
因此，材料科学工作者试图揭示天然生物材料
的结构特征和形成机制，从而应用于现代材料 的设计与制备。
1.当前复合材料研究中的一些疑难问题：
连续纤维的脆性和界面设计的困难 短纤维易由基体拔出而导致增强失效 晶须的长经比不易选择 陶瓷基复合材料增韧困难 复合材料损伤和裂纹的恢复和愈合
2、仿生分析－－生物材料的优良特性
陶瓷/碳复合材料中碳材料的自愈合抗氧化
碳化硅、碳化硼等，使其表面生成了一层致密的保护 膜，实现自愈合抗氧化。
5、仿生叠层复合材料的研究
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 ）。
贝壳珍珠层的结构分析表明其并不是单纯的层片结构， 而可以看成两级尺度结构的藕合。
贝壳结构仿生——陶瓷基复合材料
贝壳的结构仿生——层状陶瓷基复合材料摘要论述了贝壳的结构仿生材料——层状陶瓷复合材料的性能特点，从基体及夹层材料的类型选择和匹配、结构设计、工艺参数的选取、增韧的机制、制备方法等方面介绍了当前层状陶瓷制备工艺技术的研究进展；从性能及结构等方面探讨了在复合材料发展中目前存在的问题。
关键词：贝壳仿生；层状复合陶瓷；基体材料；夹层材料；增韧机制；制备方法引言众所周知，陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、重量轻等很多优点，在能源、冶金、石油化工、航天航空等领域有着广泛的应用前景。
但是，陶瓷材料本身脆性大，对缺陷十分敏感，导致使用可靠性和可重复性差，限制了其应用。
因此,增加陶瓷材料的韧性,提高其使用可靠性，一直是结构陶瓷材料研究的重点。
陶瓷的层状复合是大自然中贝壳等生物材料的一种结构仿生设计。
贝壳类生物材料是由95%以上的脆性文石晶体和少量的壳角蛋白以强弱相间的层状形式复合而成的,这种结构具有比一般文石晶体高得多的综合机械性能。
层状复合陶瓷也是在脆性的陶瓷层间加入不同材质的较软或较韧的材料层制成。
这种结构的材料在应力场中是一种能量耗散结构,能克服陶瓷突发性断裂的致命缺点。
当材料受到弯曲或冲击时,裂纹多次在层界面处受到阻碍而钝化和偏折,有效地减弱了载荷下裂纹尖端的应力集中效应。
同时,这种材料的强度受缺陷影响较小,是一种耐缺陷材料。
这种结构可使陶瓷的韧性得到很大改善。
1.贝壳的结构和成分贝壳根据形成的方式和组成结构不同分为3层。
最外层为角质层，是硬蛋白质的一种，能耐酸的腐蚀；中间的棱柱壳层，它占据壳的大部分，由角柱状的方解石构成，角质层和棱柱层只能由外套膜背面边缘分泌而成；内层为珍珠层，也由角柱状方解石构成，它由外套膜的全表面分泌形成，并随着贝类的生长而增厚，富有光泽，珍珠层是最强韧的部分。
珍珠层组成相的95%是文石晶体（正交结构碳素钙），其余是有机基质和少量的水，因此，它是一种天然的陶瓷基复合材料。
虽然贝壳珍珠层的组成中有近95%是普通陶瓷碳酸钙，但其综合力学性能，特别是断裂韧性，比单个单相碳酸钙高2-3个数量级，研究表明，其中的文石晶体呈多边形。
《仿生螺旋结构复合材料断裂韧性实验研究与数值模拟》范文
《仿生螺旋结构复合材料断裂韧性实验研究与数值模拟》篇一一、引言随着现代科技的发展，复合材料因其优异的性能在众多领域得到了广泛应用。
其中，仿生螺旋结构复合材料因其独特的结构特点和优异的力学性能，在航空航天、生物医疗等领域展现出巨大的应用潜力。
然而，对于其断裂韧性的研究尚处于初级阶段，这对其在实际工程中的应用构成了挑战。
因此，本文将针对仿生螺旋结构复合材料的断裂韧性进行实验研究与数值模拟，以期为该类材料的进一步应用提供理论支持。
二、实验研究1. 材料制备与样品制备仿生螺旋结构复合材料采用先进的制备工艺，通过将增强纤维与基体材料进行复合，形成具有螺旋结构的复合材料。
样品制备过程中，需严格控制纤维的排列、基体的性质以及样品的尺寸等因素，以保证实验结果的准确性。
2. 实验方法与过程采用准静态拉伸实验和动态冲击实验对仿生螺旋结构复合材料的断裂韧性进行测试。
在准静态拉伸实验中，通过逐步增加载荷，观察材料的断裂过程；在动态冲击实验中，利用落锤冲击设备对材料进行高速冲击，分析材料的抗冲击性能和断裂韧性。
3. 实验结果与分析通过实验测试，得到仿生螺旋结构复合材料在不同条件下的应力-应变曲线、断裂模式以及断裂韧性等数据。
分析结果表明，该类材料具有较高的断裂韧性和优异的抗冲击性能。
此外，材料的断裂模式受纤维排列、基体性质等因素的影响，呈现出不同的断裂特征。
三、数值模拟1. 有限元模型建立采用有限元分析软件，建立仿生螺旋结构复合材料的有限元模型。
模型中考虑了纤维的排列、基体的性质以及材料的非线性特性等因素，以模拟真实的材料结构。
2. 边界条件与加载方式根据实验条件，设定合适的边界条件和加载方式。
在准静态拉伸模拟中，采用位移控制加载方式；在动态冲击模拟中，根据实际冲击条件设定速度、加速度等参数。
3. 结果与讨论通过有限元分析，得到仿生螺旋结构复合材料在准静态和动态条件下的应力分布、应变分布以及断裂过程等信息。
将数值模拟结果与实验结果进行对比，验证了有限元模型的准确性。
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)讲义仿生材料研究进展(Research Progress of biomimetic materials 的组合词，重点着眼于Bi(o)+(electr)onics60年代，是仿生学（Bionics）诞生于二十世纪电子系统，研究如何模仿生物机体和感官结构及工作原理，而材料的仿生研究则由来已久。
[1]，分析了部分生80年代后期，日本复合材料学会志发表了一系列关于材料仿生设计的论文[2-6]1992。
美、英等国合作在物材料的复合结构和性能，我国学者也开展了卓有成效的探索着重力学结构和性质方Biomimetics意为模仿生物，年创办了材料仿生学杂志(Biomimetics)，”含义，认为材料仿生应尽可能接近模仿面的仿生研究。
但人们往往狭义地理解“mimetic”一词，意为材料的结构和性质，而出现一些不必要的争议。
近年来国外出现“Bio-inspired因而渐为材料其含义较广，争议较少，似更贴切，受生物启发而研制的材料或进行的过程。
通常把仿照生命系统的运行模式和生物体材料的结构规律而设计制造的人工材料界所接受。
这一结合衍。
这是材料科学与生命科学相结合的产物，称为仿生材料(Biomimetic Materials)生出三大研究领域：天然生物材料，生物医学材料（狭义仿生）和仿生工程材料（广义仿生—即受生物启发而进行的材料仿生设计、制备与处理等）。
天然生物材料与生物医学材料一、通过天然生具有独特的结构和优异的性能。
天然生物材料经过亿万年物竞天择的进化，天然生物开发出许多生物医学材料和新型工程材料。
物材料的研究，人类得到了很多启示，组成的长种〉蛋白质分子的基本结构是由各种氨基酸〈己知有20材料的主要组成为蛋白质，便可以合成千差万别、性能各异的蛋白质。
蛋白质的合链，改变氨基酸的种类及排列次序，〈核糖核酸〉中每三个碱基对构成一个密码子，决定一种氨基RNA成决定于遗传基因，即[7]，可以改变某些碱基对的顺序和种酸。
在现代遗传工程研究中采用“基因定位突变技术”技术直接“克隆”出天然生物材料己有报导。
可见DNA类，以合成所需要的蛋白质，利用因此将会作为功能材料和结构材料得蛋白质有机材料不仅性能优越，而且易于调整和控制，[8]。
目前，蛋白质材料己在生物芯片、生物传感器、神经网络计算机等领域派上用场到应用。
据统计，被详细研究过的生物材料迄今已超过一千多种，涉及到材料学科的各个领域，治疗或替换机体中的组织、用以和生物系统结合，以诊断、在医学临床上应用的就有几十种。
[9]。
根据材料的生物Biomedical Materials〉器官或增进其功能的材料被称为生物医学材料〈两大类。
(Bioactive Materials)(Bioinert Materials)与生物活性材料性能，可分为生物惰性材料后者则能诱发出特殊生物反不发生或仅发生微弱化学反应，前者在生物环境中能保持稳定，或提高细胞活性、促进新组织再生。
根据材料的组成又应，导致组织和材料之间形成键接，Biomedical 生物医学高分子材料（可分为：生物医学金属材料(Biomedical Metallic Materials)，，Biomedical Composites，生物医学复合材料（），生物陶瓷（Polymer）Biomedical Ceramics）等。
生物医学材料要直接与生物系统结合，除Materials)(Biologically 生物衍生材料Derived即不对生物体应满足各种生物功能和理化性能要求外，还必须具有与生物体的组织相容性，医学临床对所且不会因与生物体结合而降低自身的效能和使用寿命。
产生明显的有害效应， 1用生物材料的基本要求包括：材料无毒，不引起生物细胞的突变和组织反应；与生物组织相容性好，不引起中毒、溶血、凝血、发热和过敏等；化学性质稳定，抗体液、血液、及酶的腐蚀和体内生物老化；具有与天然组织相适应的物理、力学性能等。
为满足上述要求，生物医学复合材料是较佳选择。
医用金属、高分子材料、生物陶瓷等均可作为生物医学复合材料的基体或增强体，经过适当的组合、搭配，可得到大量性质各异、满足不同功能要求的生物医学复合材料。
此外，生物体中绝大多数组织均可视为复合材料。
通过生物技术，把一些活体组织、细胞和诱导组织再生的生长因子等引入生物医学材料，给无生命的材料赋予生命的活力，并使其具有药物治疗功能，成为一类新型生物医学复合材料——可吸收生物医学复合材料，这些材料的发展为获得真正仿生的复合材料开辟了途径。
二、材料仿生与仿生工程材料从材料学角度认识、模仿或利用某些生物体的显微结构、生化功能或生物合成过程来进行材料的设计、制造，以便获得具有特殊功能或优异性能的新材料是材料仿生的主要内容，也是设计制造新型复合材料的有效途径。
材料仿生包括：结构仿生、过程仿生、功能仿生、智能仿生与综合仿生。
材料仿生的过程大致可分为三个步骤，即仿生分析，仿生设计，仿生制备。
现有文献中关于仿生分析的研究较多，而涉及仿生设计与制备的研究较少。
1、结构仿生天然生物材料几乎都是复合材料，不同物质、不同结构、不同增强体形态和尺度的复合使得天然生物材料具有远远超过单一常规材料的综合性能。
结构仿生的目的就是研究天然生物材料这些天然合理的复合结构及其特点，并用以设计和制造先进复合材料。
[10-13]。
由植）增强体形态仿生：作为复合材料，增强体的形态、尺寸对其性能有重要影1物学可知，几乎所有的植物纤维细胞都是空心的。
空心体的韧性和抗弯强度要高于相同截面的实心体。
用CVD方法制备空心石墨纤维，其强度与柔韧性均明显高于实心纤维。
竹纤维的精细结构如图所示，其中包含多层厚薄相间的纤维层，每层中的微纤丝以不同升角分布，不同层间界面内升角逐渐变化（图l），据此提出了仿生纤维双螺旋模型(图2)，实[14-15]。
文献[16]倍以上高温高压条件下合成了竹纤维状验证明其压缩变形比普通纤维高31/22。
4000J/m和/BN陶瓷复合材料，证明其断裂韧性和断裂功分别超过了24Mpa m NSi43b aa图 2 增强纤维的仿生模型（）和一竹纤维的精细结构图1 (b)束传统增强纤维模型动物的长骨一般为中间细长、两端粗大、过渡圆滑的哑铃形结构，既有利于应力的减[1]，把短纤维缓，又避免了应力集中，与肌肉配合使肢体具有很高的持重比。
模仿这种结构用这种形态增强体制得的复合材料强并计算出端球与纤维直径的最佳比值，设计成哑铃形，度提高了倍。
1.4深扎在土壤里的树根和草根不仅可以吸收水分和养料，保证草木生长并树立于风雨中 2不被吹倒或拔起，而且还可防止水土流失，加固河岸与堤坝。
模仿树根和草根的结构，人们提出了分形树纤维模型（图3）。
理论和实验证实，具有分叉结构的纤维拔出力和拔出功随分叉角的增加而增加，这种根茎分叉状形态的增强体可同时提高复合材料的强度和韧性。
甲壳的纤维片条中存在许多“钉柱”以及由“钉柱”支撑而形成的空隙这样的结构形，式使材料既较轻而又具有较好的刚度和面内抗剪强度满足了昆虫外甲壳自然复合材料对,提高材料强度、刚度、减轻材料重量以及释放或减轻材料内应力的要求。
在昆虫外甲壳中的传感器官和传输物质的管道及孔洞附近的纤维具有较高的密度及保持连续地绕过这与孔,边的高应力场相适应当外甲壳发生断裂时在这些地方遇到强烈的抵抗而消耗大量的能量, ,使材料在孔洞附近具有很好的强度和止裂能力。
据此结构制备的复合材料有更高的强度和断[17]。
裂韧性b （）二级分叉纤维图3 分形树纤维拔出模型（a）一级分叉纤维2)增强体与基体组合方式仿生 a.海洋贝类壳体的层片结构及其仿生以上较硬其组成较为简单，由近95%海洋贝类壳体可看成是一类天然陶瓷基复合材料，较韧的有机质（蛋白质、多糖）所构成。
通常碳酸钙晶体的的无机相一一碳酸钙和少于5%却具有碳化物晶体低，但当碳酸钙与有机质构成贝壳后，强度及弹性模量等比一般氧化物、贝壳的性能是由尤其是断裂韧性，明显高于其它人造陶瓷。
很强的抗挠曲强度和抗压强度。
海洋贝类其结构决定的，即由碳酸钙晶体的规则取向及其与有机质的复合排列方式所决定。
[18]，不同结构对应不同的性能。
鲍鱼的壳体具有典型的珍珠所示壳体常见的结构类型如图4层结构，碳酸钙薄片与有机质按照“砖与泥浆”形式砌合而成。
碳酸钙为多角片状，厚度为微米量级：有机质为片间薄层，厚度为纳米量级。
图4 几种常见的贝壳的微观结构e）复合层片（a）珍珠层（b）叶片层（c）陵柱层（d）交叉叠层（研究表明，μ10~40m，各层取向互成~90°的夹角。
70°层厚海螺壳则为层片交叉叠合结构，珍一般说来，碳酸钙晶体与有机基质的交替叠层排列是造成裂纹偏转产生韧化的关键所在。
珠层结构具有比交叉层片结构更高的强度和断裂能，而后者在阻止裂纹扩展方面更具优势。
即硬相与韧相交替排布基于对海洋贝类壳体的结构与性能的研究，可抽象出一种材料模型，部分研究成的多层增韧模型。
根据这一模型，人们开展了仿贝壳陶瓷增韧复合材料的研究，1果见表。
3[4] 1 仿贝壳陶瓷增韧复合材料的研究成果表性能比较（叠层与整体）制备方法软相（韧相）陶瓷（硬相）Al C B30% 断裂韧性提高BC/Al叠层44SiC 断裂功提高100倍石墨叠层热压成型石墨SiCAl SiC 断裂韧性提高SiC/Al叠层热压成型2~5倍AlO断裂韧性提高1.5~2O/C 纤维叠层热压烧结倍AlC纤维3232 SiN断裂韧性提高30~50% SiN纤维C /C纤维叠层热压烧结44 AlO断裂功提高AlO芳纶增强树脂80 倍/树脂热压成型3232可见仿生增韧的结果还是非常明显的。
金属Al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；石墨层可造成裂纹在界面处偏转，但这种弱化界面的方法其止裂能力是有限的；纤维、高分子材料的止裂能力优越，有待进一步研究。
目前，仿生增韧陶瓷的叠层尺度都在微米以上，而实际的贝类珍珠层则是纳米级的微组装结构，正是这种特定的有机—无机纳米级复合的精细结构决定了其具有优异的性能。
实际上，纳米复合材料广泛存在于生物体(如植物和骨质)中，但直到80年代初才由Roy和[19]提出纳米复合材料(Nanocomposites)的概念。
这种材料是由两种或两种以上的KOEmmeni吉布斯固相至少在一个方向以纳米级尺寸(1~l00nm)复合而成，这些固相可以是晶态、非晶态、半晶态或者兼而有之，而且可以是有机的、无机的或两者都有。
利用层状固体的嵌入反应特性来合成有机—无机纳米复合材料近年来己引起人们的广泛关注，所获得的纳米复合材料具有独特的分子结构特征和表观协同效应，既表现出无机物优良的强度、尺寸稳定性和热稳定性，又具备有机聚合物的断裂性能、可加工性和介电性能。
聚合物的嵌入主要有三种途径：单体原位聚合，直接熔融嵌入及聚合物从溶液中嵌入。