仿生材料资料
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▪ 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，目前正在逐步形成新的研究领域。
1.2 仿生材料概念
▪ 仿生学（bionics）是研究生物系统的结构和特征、并以此 为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的科 学。它是一门生命科学、物质科学、信息科学、数学和工 程技术等学科相互渗透而结合成的一门边缘科学。
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。
鲨鱼皮泳衣的面料主要采用聚氨酯纤维材料，具有 极强的伸展性，它更好的紧束人体外形，尽可能创 造出流线性效果，同时还可以压缩肌肉，减少肌肉 在水中的摆动。
鲨鱼皮游泳衣是把仿生学理论和流体力学理论运用 到体育领域里中的一次尝试，有专家甚至认为它是 继比基尼问世以来在泳衣设计上的又一次跨时代革 命。澳大利亚斯皮多（speedo）公司“鲨鱼皮泳衣” 推出的结果，是世界泳坛多项世界纪录的诞生。
制了飞行服——“抗荷服”。抗荷服上安有
充气装置，随着飞船速度的增高，抗荷服可以 充入一定量的气体，从而对血管产生一定的压 力，使宇航员的血压保持正常。同时，宇航员 腹部以下部位是套入抽去空气的密封装置中， 这样可以减小宇航员腿部的血压，利于身体上 部的血液向下肢输送。
龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括 许多力学原理。虽然它只有2 mm 的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破
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
源自文库
“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。
号，它的核心技术在于模仿鲨鱼的皮肤。在鲨 鱼的皮肤表面上分布着许多的齿状突起，它们 能够保持好水流的流态，并产生具有卷吸作用 的稳定的涡流，可以有效的减少表面磨擦阻力 和压差阻力。鲨鱼皮泳衣精确的模拟了鲨鱼的 表皮结构，其齿状突起科学的按照鲨鱼表皮的 比例尺寸制造，使其更加符合自然规律，同时， 在接缝处模仿人类的肌腱，为运动员向后划水 时提供动力。
超疏水材料一般可以通过两种方法来制备: 一种是在粗 糙表面修饰低表面能物质;另一种是在疏水材料(一般其 接触角大于90°)表面构筑粗糙结构.
目前, 已经报道了许多比较成熟的制备技术, 如电化学 沉积法、等离子体和激光刻蚀法、交替沉积法、电纺丝 法、模板法、溶胶-凝胶法等.
仿生材料（biomimetic material）是指模仿生物的特点和 特性而开发的材料。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。
仿生材料学（biomimetics）是仿生学在材料科学中的分支, 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。
仿生材料发展概况及前景展望
仿生材料概述
1.1 仿生材料起源
▪ 20世纪50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技 术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、 设计原理和创造发明的源泉。
▪ 20世纪60年代，美国科学家J.steele在第一次仿生讨论会上 (1960年9月)正式提出了仿生学的概念，于是仿生学作为 一门独立的学科正式诞生。
根据国外的资料报道，一只羊每月产下的奶提取的纤维， 可以制成一件防弹背心。专家称，利用这种纤维制成的2.5厘 米粗的绳子，足以让一架准备着陆的战斗机完全停下来。
2.1超疏水仿生界面材料
2020/5/2
超疏水基本模型及理论
液滴在固体表面的润湿现象一般被认为与两个因素有关: 表面化学成分和微 观几何形貌. 但是后者的影响更为显著, 甚至可以实现由亲水性表面向超疏水转 变. 因此, 人们致力于研究表面的微观几何结构对润湿性的影响, 提出了几种比 较经典的润湿理论模型, 如Young’s模型; (b) Wenzel模型; (c) Cassie模型等.
仿生材料的举例
长颈鹿能将血液通过长长的颈输送到头部，是 由于长颈鹿的血压很高，这与长颈鹿身体的结 构有关。长颈鹿血管周围的肌肉非常发达，能 压缩血管，控制血流量；同时长颈鹿腿部及全 身的皮肤和筋膜绷得很紧，利于下肢的血液向 上回流。科学家由此受到启示，在训练宇航员 时，设置一种特殊器械，让宇航员利用这种器 械每天锻炼几小时，以防止宇航员血管周围肌 肉退化；在宇宙飞船升空时，科学家根据长颈 鹿利用紧绷的皮肤可控制血管压力的原理，研
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。
1.2 仿生材料概念
▪ 仿生学（bionics）是研究生物系统的结构和特征、并以此 为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的科 学。它是一门生命科学、物质科学、信息科学、数学和工 程技术等学科相互渗透而结合成的一门边缘科学。
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。
鲨鱼皮泳衣的面料主要采用聚氨酯纤维材料，具有 极强的伸展性，它更好的紧束人体外形，尽可能创 造出流线性效果，同时还可以压缩肌肉，减少肌肉 在水中的摆动。
鲨鱼皮游泳衣是把仿生学理论和流体力学理论运用 到体育领域里中的一次尝试，有专家甚至认为它是 继比基尼问世以来在泳衣设计上的又一次跨时代革 命。澳大利亚斯皮多（speedo）公司“鲨鱼皮泳衣” 推出的结果，是世界泳坛多项世界纪录的诞生。
制了飞行服——“抗荷服”。抗荷服上安有
充气装置，随着飞船速度的增高，抗荷服可以 充入一定量的气体，从而对血管产生一定的压 力，使宇航员的血压保持正常。同时，宇航员 腹部以下部位是套入抽去空气的密封装置中， 这样可以减小宇航员腿部的血压，利于身体上 部的血液向下肢输送。
龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括 许多力学原理。虽然它只有2 mm 的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破
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
源自文库
“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。
号，它的核心技术在于模仿鲨鱼的皮肤。在鲨 鱼的皮肤表面上分布着许多的齿状突起，它们 能够保持好水流的流态，并产生具有卷吸作用 的稳定的涡流，可以有效的减少表面磨擦阻力 和压差阻力。鲨鱼皮泳衣精确的模拟了鲨鱼的 表皮结构，其齿状突起科学的按照鲨鱼表皮的 比例尺寸制造，使其更加符合自然规律，同时， 在接缝处模仿人类的肌腱，为运动员向后划水 时提供动力。
超疏水材料一般可以通过两种方法来制备: 一种是在粗 糙表面修饰低表面能物质;另一种是在疏水材料(一般其 接触角大于90°)表面构筑粗糙结构.
目前, 已经报道了许多比较成熟的制备技术, 如电化学 沉积法、等离子体和激光刻蚀法、交替沉积法、电纺丝 法、模板法、溶胶-凝胶法等.
仿生材料（biomimetic material）是指模仿生物的特点和 特性而开发的材料。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。
仿生材料学（biomimetics）是仿生学在材料科学中的分支, 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。
仿生材料发展概况及前景展望
仿生材料概述
1.1 仿生材料起源
▪ 20世纪50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技 术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、 设计原理和创造发明的源泉。
▪ 20世纪60年代，美国科学家J.steele在第一次仿生讨论会上 (1960年9月)正式提出了仿生学的概念，于是仿生学作为 一门独立的学科正式诞生。
根据国外的资料报道，一只羊每月产下的奶提取的纤维， 可以制成一件防弹背心。专家称，利用这种纤维制成的2.5厘 米粗的绳子，足以让一架准备着陆的战斗机完全停下来。
2.1超疏水仿生界面材料
2020/5/2
超疏水基本模型及理论
液滴在固体表面的润湿现象一般被认为与两个因素有关: 表面化学成分和微 观几何形貌. 但是后者的影响更为显著, 甚至可以实现由亲水性表面向超疏水转 变. 因此, 人们致力于研究表面的微观几何结构对润湿性的影响, 提出了几种比 较经典的润湿理论模型, 如Young’s模型; (b) Wenzel模型; (c) Cassie模型等.
仿生材料的举例
长颈鹿能将血液通过长长的颈输送到头部，是 由于长颈鹿的血压很高，这与长颈鹿身体的结 构有关。长颈鹿血管周围的肌肉非常发达，能 压缩血管，控制血流量；同时长颈鹿腿部及全 身的皮肤和筋膜绷得很紧，利于下肢的血液向 上回流。科学家由此受到启示，在训练宇航员 时，设置一种特殊器械，让宇航员利用这种器 械每天锻炼几小时，以防止宇航员血管周围肌 肉退化；在宇宙飞船升空时，科学家根据长颈 鹿利用紧绷的皮肤可控制血管压力的原理，研
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。