复合材料课件第八章 仿生复合材料
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第八章 仿生复合材料
20世纪80年代，生物自然复合材料及其仿生的研究在国 际上引起极大重视，并取得一系列的研究成果。尤其以下为 代表：
蚂蚁车
形状仿生
10
分类
结构仿生
功能仿生
通过研究生物肌体的构造， 建造类似生物体或其中一 部分的机械装置，通过结 构相似实现功能相近。
❖1994年，清华大学黄勇教授课题组研究了Si3N4/BN层状结构陶瓷复合材料，其表观断裂 韧性高达28MPam1/2，断裂功高达4000J/m2，比常规的Si3N4材料分别提高了数倍和数十 倍。
材料仿生 力学仿生
是使人造的机械能够部分地实现诸 如思维、感知、运动和操作等高级 动物功能的仿生技术。功能仿生必 须以结构仿生为基础，在智能机器 人的研究中具有重大意义。
45
分类
结构仿生
功能仿生
材料仿生 力学仿生
指模拟生物的各种特点或特性而 进行各种材料开发的仿生技术。它 的研究内容以阐明生物体的材料构 造与形成过程为目标，用生物材料 的观点来考虑材料的设计与制作。
独石结构复合材料。这种材料的断裂功可以达到1340J/m2以上，比常 规的SiC陶瓷提高了十几倍。 ❖1994年清华大学黄勇教授课题组，制备和研究了Si3N4/BN纤维独石结 构陶瓷材料，断裂韧性高达20MPam1/2以上，断裂功高达4000 J/m2以 上。
四、仿生愈合与自愈合抗氧化
五、仿生叠层复合材料
主要研究人体结构与精细结构的静 力学性质，以及人体各个组成部分在体 内相对运动和人体运动的动力学性质， 从生物力学角度为疾病的预防、诊断和 治疗及人工器官、医疗康复器械的设计 与研制提供科学根据。
46
一、复合材料最差界面的仿生设计
二、分形树状纤维和晶须的增强与增韧效应
三、仿生螺旋的增韧作用
❖W.J. Clegg于1990年在《Nature》上发表了关于SiC/C层状复合材料的报道。其断裂韧 性可以达到15 MPam1/2，断裂功更可高达4625 J/m2，是常规SiC陶瓷材料的几十倍。
❖Claussen等重复了ZrO2体系的层状结构，同样获得了较高的韧性和上升的阻力曲线行为。
❖S.M.Hsu等人对Si3N4体系的层状陶瓷进行了研究，实测的断裂功可以达到6500 J/m2以 上，
纤维独石结构（Fibrous monolithic structure）
Matrix fiber
Interfacial layer
Structure of Bamboo and tree
Fibrous monolithic ceramics
❖1988年Coblenz提出了纤维独石结构设计的思想 ❖1993年Baskaran率先完成了这种陶瓷材料的制备，制备了SiC/C纤维
贝壳珍珠层的层状结构
鲍鱼壳（abalone shell）断面显微结构
层状结构（Laminated or layered structure）
matrix layer
Interfacial layer
matrix layer
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Structure of Nacre
Laminated structure ceramics
20世纪80年代，生物自然复合材料及其仿生的研究在国 际上引起极大重视，并取得一系列的研究成果。尤其以下为 代表：
蚂蚁车
形状仿生
10
分类
结构仿生
功能仿生
通过研究生物肌体的构造， 建造类似生物体或其中一 部分的机械装置，通过结 构相似实现功能相近。
❖1994年，清华大学黄勇教授课题组研究了Si3N4/BN层状结构陶瓷复合材料，其表观断裂 韧性高达28MPam1/2，断裂功高达4000J/m2，比常规的Si3N4材料分别提高了数倍和数十 倍。
材料仿生 力学仿生
是使人造的机械能够部分地实现诸 如思维、感知、运动和操作等高级 动物功能的仿生技术。功能仿生必 须以结构仿生为基础，在智能机器 人的研究中具有重大意义。
45
分类
结构仿生
功能仿生
材料仿生 力学仿生
指模拟生物的各种特点或特性而 进行各种材料开发的仿生技术。它 的研究内容以阐明生物体的材料构 造与形成过程为目标，用生物材料 的观点来考虑材料的设计与制作。
独石结构复合材料。这种材料的断裂功可以达到1340J/m2以上，比常 规的SiC陶瓷提高了十几倍。 ❖1994年清华大学黄勇教授课题组，制备和研究了Si3N4/BN纤维独石结 构陶瓷材料，断裂韧性高达20MPam1/2以上，断裂功高达4000 J/m2以 上。
四、仿生愈合与自愈合抗氧化
五、仿生叠层复合材料
主要研究人体结构与精细结构的静 力学性质，以及人体各个组成部分在体 内相对运动和人体运动的动力学性质， 从生物力学角度为疾病的预防、诊断和 治疗及人工器官、医疗康复器械的设计 与研制提供科学根据。
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一、复合材料最差界面的仿生设计
二、分形树状纤维和晶须的增强与增韧效应
三、仿生螺旋的增韧作用
❖W.J. Clegg于1990年在《Nature》上发表了关于SiC/C层状复合材料的报道。其断裂韧 性可以达到15 MPam1/2，断裂功更可高达4625 J/m2，是常规SiC陶瓷材料的几十倍。
❖Claussen等重复了ZrO2体系的层状结构，同样获得了较高的韧性和上升的阻力曲线行为。
❖S.M.Hsu等人对Si3N4体系的层状陶瓷进行了研究，实测的断裂功可以达到6500 J/m2以 上，
纤维独石结构（Fibrous monolithic structure）
Matrix fiber
Interfacial layer
Structure of Bamboo and tree
Fibrous monolithic ceramics
❖1988年Coblenz提出了纤维独石结构设计的思想 ❖1993年Baskaran率先完成了这种陶瓷材料的制备，制备了SiC/C纤维
贝壳珍珠层的层状结构
鲍鱼壳（abalone shell）断面显微结构
层状结构（Laminated or layered structure）
matrix layer
Interfacial layer
matrix layer
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Structure of Nacre
Laminated structure ceramics