仿生材料研究综述
仿生材料在关节修复与人工关节设计中的应用研究
仿生材料在关节修复与人工关节设计中的应用研究摘要：关节疾病是世界范围内普遍存在的问题，给患者的生活带来了巨大的痛苦和困扰。
为了改善患者的生活质量，科学家和医生们通过研究和应用仿生材料来修复关节和设计人工关节。
本文综述了关节修复和人工关节设计中仿生材料的应用研究，介绍了不同类型的仿生材料及其在关节领域的应用，探讨了这些材料的优势和挑战，最后展望了仿生材料在关节修复与人工关节设计中的未来发展趋势。
引言：关节是人体骨骼系统中重要的组成部分，承载着身体的重量和运动负荷。
然而，关节疾病如退行性关节炎、骨折等却给患者带来了极大的痛苦和功能障碍。
关节修复和人工关节设计是解决关节疾病的重要手段之一。
在这方面，仿生材料的研究和应用起到了关键的作用。
一、仿生材料在关节修复中的应用研究1. 填充型材料填充型材料是应用较为广泛的关节修复材料之一。
它们具有良好的生物相容性和机械性能，可用于填充关节中的缺损区域，为骨细胞提供生长环境。
常见的填充型材料有羟基磷灰石（HA）、聚乳酸酸乙酯（PLLA）等。
这些材料可以促进骨细胞的黏附和增殖，加速骨的再生，从而实现关节的修复。
2. 支架型材料支架型材料被广泛应用于关节修复领域。
它们具有良好的力学性能和结构稳定性，可为受损的关节提供支撑和稳定。
常见的支架型材料有合金、陶瓷、聚合物等。
支架型材料通过与患者的骨组织结合，促进骨的再生和修复，使关节恢复正常功能。
3. 生物活性材料生物活性材料是利用人工方式制造的，具有生物活性的材料。
它们可以模拟和替代自然组织，具有相似的结构和功能。
生物活性材料常用于关节修复和再生医学领域，如关节软骨修复和骨髓基质替代等。
目前，研究人员通过生物技术手段，将细胞和生物材料进行结合，进行复杂和精确的关节修复。
二、仿生材料在人工关节设计中的应用研究1. 金属材料金属材料是人工关节制造中最常用的材料之一。
它们具有较高的力学性能和耐腐蚀性，能够承受关节的重量和运动负荷。
仿生材料论文综述大学生Biomimetic materials
Biomimetic materialsAbstract ：this article is about the biomimetic materials, including what is the bionics , Lotus leaves and their biomimetic materials, Rice leaves and their biomimetic materials, Butterfly wings and their biomimetic materials, Water strider legs and their biomimetic materials, The Study of Biomimetic Materials about Conch Nacre Structure. What’s more, there is also talking about the design criteria for tissue engineering and the Bio-inspired ceramics processing. In the final, the future about biomimetic materials is presented.Key words ：Biomimetic materials, bionics, Lotus leaves, Rice leaves , Butterfly wings, Water strider legs, Conch Nacre Structure, design criteria, ceramics processing1 IntroductionBionics is a term mad e by the Steele according to the Latin word “BIOS” (meaning the way of life) and the suffix "NIC" Bionics is the science which studys the structure and properties of biological systems in order to provide the designing idea and working principle。
仿生智能纳米界面材料研究资料
仿生智能纳米界面材料研究资料仿生智能纳米界面材料是一种结合仿生学与纳米科技的前沿研究领域，旨在开发具有类似生物界面的智能材料，能够模拟生物界面的高度自适应性、敏感性和可控性。
这种材料可以广泛应用于生物医学、电子器件、能源储存等领域，具有巨大的商业潜力。
下面将介绍仿生智能纳米界面材料的研究进展和应用前景。
1.研究进展仿生智能纳米界面材料的研究涉及多个方面，包括材料设计、合成方法和性能优化等。
一种常见的仿生智能纳米界面材料是基于聚合物的材料。
通过调控聚合物的结构和功能单元的组合以及纳米纤维的组装方式，可以制备出具有响应性和调控性能的纳米界面材料。
例如，可以通过改变聚合物的交联程度和含水量来实现材料的收缩和膨胀，并通过调节纳米纤维的排列方式和密度来改变材料的表面形态和力学性能。
另一类常见的仿生智能纳米界面材料是基于生物分子的材料。
例如，可以利用DNA、蛋白质等生物分子的特殊功能来实现材料的响应性和调控性能。
通过改变DNA的序列和结构，可以实现材料的自组装和分子识别等功能。
同时，利用蛋白质的结构和功能，可以制备出具有储能、传感和传导等特殊功能的智能材料。
2.应用前景仿生智能纳米界面材料具有广泛的应用前景。
在生物医学领域，这种材料可以用于制备仿生组织和器官，如人工皮肤和人工血管，用于替代病变或损伤的组织。
此外，还可以用于药物递送系统，通过材料的响应性和调控性能来实现药物的控制释放。
在电子器件领域，仿生智能纳米界面材料可以应用于传感器、电池和超级电容器等领域，用于提高电子器件的性能和可持续性。
在能源储存领域，这种材料可以用于储能装置，如超级电容器和锂离子电池，提高能量密度和循环寿命。
总的来说，仿生智能纳米界面材料是一种具有广泛应用潜力的前沿材料。
随着材料设计、合成方法和性能优化的不断发展，这种材料在生物医学、电子器件和能源储存等领域的应用前景将会更加广阔。
同时，对于仿生智能纳米界面材料的研究和应用也将推动纳米科技和生物技术的发展，促进科学研究和产业创新。
新型仿生材料的研究现状及未来发展
新型仿生材料的研究现状及未来发展随着科技的不断进步和人们对自然界的深入认识，仿生学逐渐成为了一个热门的领域。
仿生学最初的目的是通过模仿自然界的生物结构、生理功能等，来解决人类社会中存在的各种问题。
近年来，随着仿生学研究的深入，仿生材料作为具有广泛应用前景的一大类新型材料，也越来越受到人们的关注。
一、仿生材料的概念和分类仿生材料是指基于自然界现有生物结构、生理功能等特征所设计、制造的新型材料。
仿生材料可以分为三大类：生物仿生材料、机器仿生材料和智能仿生材料。
1、生物仿生材料生物仿生材料是基于生物细胞、组织或器官的材料，最具代表性的是仿生皮肤、仿生骨骼等生物组织工程材料。
2、机器仿生材料机器仿生材料是以机械结构或器件为基础的仿生材料，例如仿生鳞片、仿生涡轮、仿生飞行器等。
3、智能仿生材料智能仿生材料是基于生物神经系统的仿生材料，具有感知、判断和响应能力。
它们主要通过传感器、执行机构和控制系统实现感觉、处理和响应。
二、仿生材料的研究现状目前，仿生材料涉及到的领域非常广泛，包括生物医学工程、机器人学、航空航天、化学工程、材料加工等。
在这些领域中，仿生材料正在逐步取代传统材料，成为新型材料的代表。
1、仿生皮肤仿生皮肤是一个利用电场效应或其他电学特性来实现触觉感知和物体形态识别的人造表皮。
它最初应用于人机交互中，如机器人、智能手机，后来发展应用于智能医疗、救援、军事等领域。
仿生皮肤是仿生材料的代表之一，是目前应用最为广泛的仿生材料之一。
2、仿生骨骼仿生骨骼是利用聚合物、金属或陶瓷等材料制成的医用材料。
它可以用于人工修复或替代骨骼的快速生长，其最大的优点是可以避免一些传统的医疗手段的不适应性。
这种材料不仅在人工关节、人工骨等方面发挥了重要作用，而且在制造基于陀螺仪和惯导系统的高精度仪器上也有很好的应用。
三、仿生材料的未来发展随着仿生材料的研究不断深入，其未来发展前景值得期待。
1、生物仿生材料未来生物仿生材料的研究重点将从基础过渡到复杂结构仿生材料的制备。
仿生学论文综述
仿生学论文10级生物科学1009210117张荣华摘要自然界生物在漫长的进化过程中优胜劣汰，为了生存、自卫、竞争和发展的需要，强化了自身许多优异的结构和特殊功能。
人们模仿生物界的这些结构特征,将它们应用于自身的斗争,即军事斗争中。
利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学。
解决在日常的生产生活中遇到的问题，制造多种探测、斗争武器。
关键词：生物结构特殊功能实践运用军事一.仿生学简介仿生学（bionices）在具有生命之意的希腊语言bion上，加上有工程技术涵义的ices而组成的词语。
大约从1960年才开始使用。
生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。
例如关于信息接受（感觉功能）、信息传递（神经功能）、自动控制系统等，这种生物体的结构与功能在机械设计方面给了很大启发。
可举出的仿生学例子，如将海豚的体形或皮肤结构（游泳时能使身体表面不产生紊流）应用到潜艇设计原理上。
仿生学也被认为是与控制论有密切关系的一门学科，而控制论主要是将生命现象和机械原理加以比较，进行研究和解释的一门学科。
1.历史由来自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。
种类繁多的生物界经过长期的进化过程，使它们能适应环境的变化，从而得到生存和发展。
劳动创造了人类。
人类以自己直立的身躯、能劳动的双手、交流情感和思想的语言，在长期的生产实践中，促进了神经系统尤其是大脑获得了高度发展。
因此，人类无与伦比的能力和智慧远远超过生物界的所有类群。
人类通过劳动运用聪明的才智和灵巧的双手制造工具，从而在自然界里获得更大自由。
人类的智慧不仅仅停留在观察和认识生物界上，而且还运用人类所独有的思维和设计能力模仿生物，通过创造性的劳动增加自己的本领。
鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。
相传早在大禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上架置木桨。
生物仿生材料的研究与开发
生物仿生材料的研究与开发随着科技的进步和人们对环境的关注增强，生物仿生材料的研究与开发日益受到人们的关注。
生物仿生材料是指利用生物体内的机制和结构，在化学、生物和物理领域上开发出的新材料。
它们的研究主要是在模拟自然界中生物体各种生理、代谢和运动机能的基础上开发出的一类新材料。
生物仿生材料的发展历程生物仿生材料的发展历史悠久。
早在古代，人们就开始了解某些昆虫能够产生材料来防止攻击行为，比如毒液等。
人们在分离这些材料后，发现它们具有良好的杀菌和抗炎作用。
蜘蛛丝和贝壳是早期生物仿生材料的代表，它们的力学性质和结构与目前的仿生材料研究中很相似，可以说是生物仿生材料领域的开山祖师。
随着科技的发展，生物仿生材料的研究日益深入。
20世纪50年代开始，生物仿生材料的研究和应用已经成为一门跨学科的研究领域。
自20世纪末至今，生物仿生材料的研究和应用已经广泛应用于医疗、纺织、汽车、航空航天、国防、环保等众多领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。
生物仿生材料的分类生物仿生材料可以分为三大类：生物建筑材料、生物医用材料和生物能源材料。
生物建筑材料：生物建筑材料是一种新型的建筑材料，它是利用微生物、生物胶、舶码或藻类等生物材料制造而成。
它具有良好的环境适应性和可持续性，在环保和建筑材料领域中逐渐得到了广泛地应用。
生物医用材料：生物医用材料是一类用于医疗领域的新型材料，它主要包括人工血管、骨骼修复材料、仿生组织等。
以人工血管为例，它是一种用于替代或修复血管的材料，通常使用合成聚合物、天然基质或蛋白质纤维等材料制造。
这些材料具有良好的血液稳定性和生物相容性，可以广泛应用于心脏手术、血管手术等医疗领域。
生物能源材料：生物能源材料是一类用于能源领域的新型材料，它主要包括生物发电、生物分子传感技术、微生物燃料电池等。
其中，微生物燃料电池是一种新型的绿色能源来源，它可以将生物酶和微生物的活性直接转化为电能，具有良好的环保性和高效性。
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。
仿生材料研究及应用进展
仿生材料研究及应用进展近年来，随着科技的发展和人类对生物学的深入研究，仿生学成为了一个备受关注的领域。
仿生学是一门研究自然界中生物体形态、结构、功能和行为规律，将其运用于工程技术和设计中，实现具有生命体特征的高性能系统的学科。
在仿生学中，仿生材料是一个重要的分支。
仿生材料是指以模拟生物材料组织、性能和生理活动为基础，应用工程技术手段制造出具有类似生物材料特性的新型材料。
目前，仿生材料已广泛应用于医疗、环保、交通、建筑、通信、机器人等领域。
下面，我们就从仿生材料的研究和应用两个方面，来探讨它在各个领域的应用现状和发展趋势。
一、仿生材料的研究进展1.微纳米结构仿生材料微纳米结构仿生材料是一种结构具有微米尺寸甚至更小的材料。
它的制作过程很复杂，需要工程师们采用微处理技术和纳米加工技术，从而使它具有仿生材料的特性。
纳米结构仿生材料能够模拟生物体内微纳米结构，其功能优点主要有：自清洁性，低粘附性，高生物相容性，低磨损性和防腐蚀性。
因此，这种仿生材料在医疗器械、食品加工、高速飞行器、防尘涂层等领域得到了广泛的应用。
2.海螺壳仿生材料海螺壳富含天然无机物质，是一种非常优秀的材料。
科学家们发现，海螺壳中的几何形态、组成结构和分子排列方式都与我们的骨骼很相似。
因此，海螺壳是一种天然的骨骼仿生材料。
现在，科学家们将仿生海螺壳材料用于生物医学领域，可以制备出具有生物相容性、机械强度、生物活性等特点的人工骨骼和人工关节，为人类医学和生物学做出了贡献。
3.糖水相生物仿生材料糖水相生物仿生材料是一种利用糖水分离的理化特性来复制具有生命的体系的仿生材料，它可以模拟人体细胞膜和DNA双链。
这种材料不仅具有生物相容性、剪切稳定性和高透明度，还可以用于制造高品质假肢、人工骨骼、人工角膜等医疗器械。
二、仿生材料的应用进展1.医疗领域在医疗领域，仿生材料被广泛应用。
例如，纳米结构仿生材料可以用于防止人造器官和假体等植入体的感染、降低人工关节、假肢等的磨损、提高医学影像质量；海螺壳仿生材料则可以用于制备人工骨骼和人工关节。
仿生界面材料的合成与应用研究
仿生界面材料的合成与应用研究随着科技的不断发展，仿生学在材料学领域中的应用越来越广泛。
仿生界面材料是一种新型的材料，它借鉴了自然界中生物体的结构和功能，具有很多优异的性能，如超级亲水性、超级疏水性、自清洁性、抗污染性、抗菌性等。
因此，仿生界面材料的合成与应用已成为当前材料学领域的研究热点。
一、仿生界面材料的合成方法目前，仿生界面材料的合成方法主要有以下几种：1. 生物学方法：利用生物体内的天然界面材料进行提取和改性，如蛋白质、多糖、脂质等。
2. 化学方法：利用化学反应或物理方法改性材料表面，如化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法等。
3. 物理方法：利用物理现象改性材料表面，如等离子体处理、激光处理、电子束处理等。
二、仿生界面材料的应用领域1. 超级亲水性材料：超级亲水性材料广泛应用于自清洁、自润滑、防水防污等领域。
例如，在建筑领域中，超级亲水性玻璃可以降低玻璃表面的污染和防止冰冻；在医疗领域中，超级亲水性材料可以用于医疗器械和人工器官表面涂层。
2. 超级疏水性材料：超级疏水性材料广泛应用于防水、防污、防腐等领域。
例如，在纺织品领域中，超级疏水性纺织品可以抵御各种液体和污渍；在海洋工程领域中，超级疏水性材料可以用于海洋平台表面涂层。
3. 自清洁材料：自清洁材料广泛应用于建筑、家居、汽车等领域。
例如，在建筑领域中，自清洁玻璃可以减少玻璃表面的污染和降低清洁成本；在汽车领域中，自清洁车漆可以减少车漆表面的污染和降低清洁成本。
4. 抗菌材料：抗菌材料广泛应用于医疗、食品加工等领域。
例如，在医疗领域中，抗菌材料可以减少医疗器械表面的细菌滋生；在食品加工领域中，抗菌材料可以减少食品表面的细菌滋生。
三、仿生界面材料的发展趋势随着科技的不断进步，仿生界面材料的应用领域将会越来越广泛。
未来，仿生界面材料的发展趋势主要有以下几个方向：1. 多功能化：未来仿生界面材料将会具有多种功能，如超级亲水性、超级疏水性、自清洁性、抗菌性等多种功能。
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。
仿生塑料研究报告
仿生塑料研究报告仿生塑料，又称生物塑料，是新一代环保型材料，具有生态友好、可降解、可回收再利用等优良性能。
仿生塑料是以天然的生物材料或者可再生资源为原材料制成的高分子材料。
因此，仿生塑料是一种可替代传统塑料的新型材料。
下面来分步骤解析一下关于仿生塑料的研究报告。
第一步：概述鲜明的环保意识促使人们致力于寻找一种新型材料来替代目前广泛使用的塑料，因此，并不断涌现出各种新型塑料。
其中，仿生塑料（即生物塑料）是一个广泛研究的领域。
该材料主要以天然生物材料或可再生资源为原材料，经过特殊的处理后，制成高分子材料。
第二步：研究背景传统塑料存在许多环境和健康问题，如难以降解和污染环境、对人体健康危害较大等。
为了解决这些问题，开发出能够取代传统塑料的仿生塑料，成为了环保和可持续发展的重要课题。
目前，仿生塑料的生产已经用于食品包装、相关产品制造等广泛领域。
并且，一些知名企业也在积极投入仿生塑料生产与研发中，展示这种材料在市场中的广泛应用前景。
第三步：研究进展在仿生塑料的研究中，可以从原材料、生产工艺、机械性能等多个角度进行研究。
目前，石墨烯、纳米纤维素、聚乳酸、纤维素和淀粉等原材料已经成功地用于仿生塑料的制备。
除了原材料的研究外，生产工艺的研究、改进和优化也是另一个重要方向。
首先是从生产成本、效率和产品性能等角度进行优化，以及研究制备仿生塑料的网络及推广方案等。
同时，科学家们也已经开始通过仿生学原理，在仿生塑料制造方面取得了一定的进展。
第四步：未来展望随着技术的不断发展和环保意识的提高，仿生塑料在未来有着广阔的应用前景。
它可以广泛应用于汽车、建筑、电子设备等多个领域，同时也可以用于产业用品的生产。
仿生塑料的发展未来不受限于材料本身，更取决于人们对于环保和可持续发展的理解和认识。
因此，科学家们还需要进行更深入的研究，为实现可持续发展贡献更多的力量。
总之，仿生塑料的研究是一个相当广泛和深入的课题，它迄今为止是环境友好、可持续发展、可降解和可回收的材料。
《仿生超疏水纳米材料-聚氨酯涂层的研究》范文
《仿生超疏水纳米材料-聚氨酯涂层的研究》篇一仿生超疏水纳米材料-聚氨酯涂层的研究一、引言随着科技的不断进步，材料科学领域的研究日益深入，其中仿生超疏水材料因其独特的表面性能和广泛的应用前景，受到了广泛的关注。
仿生超疏水材料模仿自然界中生物的疏水特性，如荷叶表面的自清洁效应，这种材料不仅具有优异的防水性能，还能应用于防污、防腐蚀、防冰等多个领域。
近年来，纳米技术与聚氨酯涂层的结合，为仿生超疏水材料的研究提供了新的方向。
本文将重点探讨仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的研究进展、制备方法、性能及其应用前景。
二、仿生超疏水纳米材料的制备方法仿生超疏水纳米材料的制备主要依赖于纳米技术和表面工程。
首先，通过纳米技术制备出具有特定形貌和结构的纳米粒子，如纳米管、纳米线等。
其次，利用表面工程对纳米粒子进行表面改性，使其具有低表面能，从而实现超疏水性能。
此外，还可以通过模板法、溶胶-凝胶法、化学气相沉积法等方法制备仿生超疏水纳米材料。
三、聚氨酯涂层的优势与应用聚氨酯涂层因其优异的耐磨性、耐候性、抗冲击性等特性，在众多领域得到广泛应用。
将仿生超疏水纳米材料与聚氨酯涂层相结合，可以进一步提高涂层的性能。
聚氨酯涂层具有良好的附着力和柔韧性，能够有效地将纳米粒子固定在基材表面，形成稳定的超疏水层。
此外，聚氨酯涂层还具有优异的耐化学腐蚀性能和抗污染性能，使其在恶劣环境下仍能保持良好的超疏水性能。
四、仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的制备与性能仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的制备主要涉及纳米粒子的制备、表面改性以及与聚氨酯涂层的复合。
首先，通过适当的制备方法得到具有特定形貌和结构的纳米粒子。
然后，对纳米粒子进行表面改性，降低其表面能。
最后，将改性后的纳米粒子与聚氨酯涂层进行复合，形成具有超疏水性能的涂层。
该涂层具有优异的防水、防污、防腐蚀和防冰性能。
在防水方面，超疏水涂层能使水滴迅速滚落，防止水分渗透到基材内部。
在防污方面，超疏水涂层具有自清洁效应，能有效地抵抗污垢和油脂的附着。
仿生材料的研究现状及应用
仿生材料的研究现状及应用1.研究背景人类探索自然的历程经历了数千年，然而至今仍然不能对生命的运作施加任何控制。
人体内的细胞按照遗传既定的程序运做着.这种自发性从6 亿年前的单细胞组合开始, 造就了海藻、水母、昆虫、鸟兽，直至人类这样的多细胞生物体，生物化石等等。
因而就激发了今天的人类仿造天然的灵感。
材料科学技术与生物技术、信息技术和能源技术一起成为现代社会文明发展的四大支柱。
从材料的角度来研究生物体的规律，进行仿生设计，为新材料的设计和制备开辟了新的途径.仿生材料的发展日新月异，它已成为生物科学、材料科学、医学、矿物学、化学等众多学科的研究热点，并在各领域取得了一定的进展.这一切充分说明仿生材料这门年轻学科正在成熟，其广阔的研究和应用前景不可估量。
2.国内外研究现状国际上对天然生物材料及仿生材料研究的重视始于20 世纪80 年代。
目前, 国际上一流大学都已把生物材料放在优先发展的地位。
中国生物与仿生材料研究者在这一领域已取得国际瞩目的研究成果.自1988 年中国生物无机化学家王夔院士和材料学家李恒德院士将生物矿化的概念介绍到国内后，中国的生物矿化研究开始逐渐形成规模。
其中很重要的一个方面就是在学习矿化材料合成方法的基础上，研究并实施新的材料制备策略。
而深入进行这些工作的一个重要前提就是表征天然生物矿物的分级结构及探索生物矿化的基本机理。
3。
仿生材料相关介绍3。
1仿生材料学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。
地球上所有生物体都是由无机和有机材料组合而成.由糖、蛋白质、矿物质、水等基本元素有机组合在一起，形成了具有特定功能的生物复合材料。
仿生材料学研究进展
仿生材料学研究进展一、本文概述随着科学技术的飞速发展，仿生材料学作为一个新兴的交叉学科领域，正逐渐展现出其独特的魅力和广阔的应用前景。
仿生材料学，顾名思义，是以生物体为灵感和参照，通过模仿生物体的结构、功能和特性，设计和制造出具有类似或超越天然材料性能的新型人工材料。
本文旨在全面概述仿生材料学的研究进展，探讨其发展趋势，并展望未来的应用前景。
本文将首先介绍仿生材料学的基本概念和研究范畴，阐述其与传统材料科学的区别与联系。
接着，重点综述仿生材料在结构仿生、功能仿生以及智能仿生等方面的最新研究成果和突破。
本文还将关注仿生材料在环境适应性、生物相容性以及可持续性等方面的性能优化与提升。
本文将展望仿生材料学的未来发展方向，探讨其在航空航天、生物医学、环境保护等领域的应用潜力。
通过本文的阐述，旨在为读者提供一个全面而深入的了解仿生材料学研究进展的平台，以期推动仿生材料学领域的进一步发展，为人类的科技进步和社会发展贡献力量。
二、仿生材料学的基本原理仿生材料学，作为一门新兴的交叉学科，致力于模仿和复制自然界生物材料的独特结构和功能，从而创造出具有优异性能的新型人工材料。
其基本原理主要源于对生物材料多尺度结构和功能的深入理解和模拟。
在生物界，生物材料以其独特的多级结构和功能一体化特性，如自修复、自适应、高强度和高韧性等，展示了令人惊叹的性能。
这些特性往往来源于生物材料在微观尺度上的复杂结构，如分子链的排列、纳米纤维的取向、微观孔洞的分布等。
仿生材料学的基本原理就在于模拟这些生物材料的微观结构和功能，从而创造出具有相似性能的人工材料。
为了实现这一目标，仿生材料学综合运用了材料科学、生物学、物理学、化学等多个学科的知识和技术。
例如，通过模拟生物材料中的分子链结构，可以设计出具有优异力学性能的聚合物材料；通过模仿生物材料中的纳米结构，可以制备出具有高强度和高韧性的纳米复合材料；通过模拟生物材料中的微观孔洞结构，可以研发出具有优异隔热和隔音性能的多孔材料。
生物仿生材料的研究和应用
生物仿生材料的研究和应用近年来，随着人们对自然界的深入研究，人类对生物仿生材料的研究和应用越来越重视。
生物仿生材料是指从自然界中寻找灵感，通过模拟自然界中的生物系统，设计出一种新型的材料。
它不仅可以有效地解决许多工程问题，而且对人类的生活产生了重要影响，下面将从几个方面来阐述生物仿生材料的研究和应用。
首先，生物仿生材料在医学领域中有着广泛的应用。
比如，仿生心脏瓣膜材料可以用于制造人工心脏瓣膜，以替代不耐用的传统材料，这种仿生材料可以减少人体的排异反应，提高人工心脏瓣膜的耐用性。
此外，仿生骨材料可以用于修复骨折，这种材料具有很好的生物相容性和透气性，可以促进骨骼再生和修复。
其次，生物仿生材料在工程领域中也发挥着重要的作用。
比如，在航空航天领域，仿生材料可以被用于制造高性能的推进器和机翼，其设计灵感来自于鸟类和昆虫的翅膀。
仿生材料还可以制造具有抗风力性能的建筑材料，这可有效的减少城市中的风害和破坏。
再者，生物仿生材料还扮演着环保的角色。
比如，仿生材料可以被用于制造可降解的塑料袋和生物医用材料，这种仿生材料可以有效的减少塑料垃圾的产生，避免对环境的污染。
最后，生物仿生材料在智能化材料领域中也有着广泛的应用。
例如，仿生材料可以被用于制造可自行修复的智能材料，这种仿生材料与人体组织相似，具有自行修复的能力，可以延长使用寿命，提高材料的保真度。
总之，生物仿生材料的研究和应用，可以提高人类的生产效率，降低产品成本，提高人类的生产生活质量。
生物仿生材料的发展前景无限，相信在不久的将来，生物仿生材料将成为各个领域的重要材料。
生物医学工程中仿生材料及其应用研究综述
生物医学工程中仿生材料及其应用研究综述引言：生物医学工程是融合生物学、医学和工程学的交叉学科，旨在开发出适用于临床医学和生物技术的新技术、新器械、新材料等。
在生物医学工程领域，仿生材料是一项重要的研究内容。
仿生材料是通过模仿生物系统的结构、形态和功能，利用先进的工程原理和技术制备出的一类具有生物相似性的材料。
本文将结合国内外的研究成果，对生物医学工程中仿生材料及其应用进行综述。
一、仿生材料的定义和分类1.1 定义仿生材料是指通过模仿自然界生物体的结构和功能特点，以及生物材料的性质和构造，利用合成技术、纳米技术和材料工程等手段制备的具有生物相似性的材料。
这种材料不仅具有优异的力学性能、生物相容性和生物活性，还能与生物体产生良好的相互作用。
1.2 分类根据仿生材料的制备方法和应用领域，可以将其分为几个大的类别：（1）生物活性材料：包括骨修复材料、软组织工程材料等，以及具有缓释药物释放功能的材料。
（2）仿生材料表面修饰：利用表面修饰技术，在材料表面引入特定的生物活性分子，如细胞因子、多肽等，以增强材料与生物体的相互作用。
（3）仿生材料的功能化：通过改变材料的物理、化学特性，使其具有特定的功能，如导电、磁性、光学等，用于生物传感器、生物成像等领域。
（4）仿生材料组织工程：利用细胞培养技术和三维打印技术，构建人工器官、组织工程等复杂的仿生结构。
二、仿生材料在生物医学工程中的应用2.1 仿生材料在骨修复领域中的应用在骨科领域，仿生材料的应用可以极大地促进骨组织再生和修复。
例如，针对骨折患者，研究人员开发了一种生物陶瓷材料，具有与真骨相似的结构和生物活性，可以促进骨细胞的生长和骨基质的沉积。
此外，还有基于仿生材料的骨支架、骨水泥等用于骨缺损修复的新型材料被广泛研究和应用。
2.2 仿生材料在软组织工程中的应用仿生材料在软组织工程领域也具有重要的应用价值。
例如，用于修复心脏组织的材料可以模拟心肌细胞的特性，具有良好的生物相容性和机械性能，可以恢复患者的心脏功能。
仿生纳米材料的制备及应用研究
仿生纳米材料的制备及应用研究一、引言当前，仿生纳米材料是材料科学与生物学交叉的前沿研究领域之一。
其主要目的是通过模仿生物学系统分子结构与组织层次，利用生物学系统的奇妙效果来制造纳米材料，以及进行一些生物学特性仿真应用研究。
在医学、能源、材料和环境等领域得到广泛应用。
本文主要介绍仿生纳米材料的制备以及应用研究进展，尤其是在医学方面的具体应用。
二、仿生纳米材料的制备方法仿生纳米材料制备方法通常是模仿自然界中的生物组织与分子结构，从而制作出能够发挥神奇效果的纳米材料。
目前，仿生纳米材料的制备方法包括自下而上和自上而下的两种方式。
2.1 自上而下的制备方法自上而下的制备方法是通过将大尺寸的材料逐步转化成尺寸较小的纳米颗粒或结构。
例如，将金属等材料用激光烧蚀、切割或机械磨碎等方法获得纳米颗粒。
该方法简单，易于控制纳米结构的大小，但是存在着成本较高、易产生杂质等缺点。
2.2 自下而上的制备方法自下而上的制备方法是在溶液中通过控制组分度分、浓度、溶剂及反应条件等来制得纳米结构材料。
它是多层次发展的，从单一单体或分子、基本单元、晶核、纳米聚集体到纳米结晶体进行系统性组合。
该方法具有工艺条件稳定，低成本，高纯度以及对材料形态和功能具有较好的控制性等优点。
现在，常见的自下而上制备方法包括溶剂热法、微乳化、水热、胶体合成、生物模板法、凝胶体系等。
三、仿生纳米材料在医学中的应用仿生纳米材料在医学中的应用主要是基于其特殊的形态与功能性质，在诊断、治疗和药物传递方面有广阔的应用前景。
3.1 纳米材料在健康监测、早期预警和病程监测中的应用现在纳米材料已经被应用于心脏病、糖尿病、肺癌等多种健康监测、早期预警和病程监测中。
例如，基于同心双层电容结构、柔性传感器和导电聚合物等制作出可穿戴健康监测装备，能够快速准确检测人体重要器官的生理参数。
基于纳米进化模拟的核磁共振法，成功隔离出了近红外光敏感纳米粒子，能够实现病程监测和治疗等一些复杂多变的临床应用。
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。
仿生材料研究综述
收稿日期：２０１５－０２－１７。
基金项目：辽宁省教育厅高等学校优秀人才项目（ＬＪＱ２０１１１１７）；辽宁省教育厅大学生创新创业训练计划（２０１４１０１６６０００００８）。
作者简介：郭帅帅（１９８６－），男，山东潍坊人，沈阳师范大学硕士研究生；通信作者：封文江（１９７４－），男，河北石家庄人，沈阳师范大学副教授，博士，硕士研究生导师。
第３３卷 第２期２ ０ １ ５年 ４月沈阳师范大学学报（自然科学版）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．２Ａｐｒ．２ ０ １ ５文章编号：１６７３－５８６２（２０１５）０２－０１６０－０４仿生材料研究综述郭帅帅，封文江，朱 影，何江海，徐雅辉，亓雨生，杨奥新（沈阳师范大学物理科学与技术学院，沈阳 １１００３４）摘 要：生物与环境长期相互作用下形成了优异的功能与完美的结构，新型材料的发展对于推动社会进步的重要性不言而喻。
仿生科学作为新型结构功能材料的研发新思路得到突破性发展。
从一些天然材料的复合结构和优异功能出发，介绍了仿生材料的特点及其研究领域的一些成果。
天然复合材料优良的力学性能，与材料的微观结构有显著直接关系。
以天然材料作为设计思维的来源制作出高性能仿生材料，主要包括结构仿生材料与功能仿生材料，已经被应用于社会生产的多个领域。
随着科技发展，计算机模拟作为一种高效、经济环保的设计方式，对于仿生材料发展有极大地推进作用。
关 键 词：材料仿生；计算模拟；结构功能中图分类号：ＴＢ３０３ 文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５８６２．２０１５．０２．００７０ 引 言新型材料的研发一直是活跃的研究领域。
自然界是人类利用材料、设计材料及发明创造的源泉，二十世纪六七十年代，仿生学的概念被正式提出，当时仿生材料的研究处于起步阶段，研发的成果稀少，进展缓慢。
仿生材料技术的应用与研究
仿生材料技术的应用与研究随着科技的不断进步，人们对于仿生材料的研究越来越深入。
仿生材料是一种模仿生命体制造的材料，其仿造生命体的结构、功能和材料特性，实现人造材料与生命体更好的交互和融合。
其应用范围广泛，涉及医疗、仿生机器人、工程等多个领域，今天我们就来谈一谈仿生材料技术的应用与研究。
首先，仿生材料技术在医疗领域的应用尤为广泛。
在医疗行业中，材料的生物相容性、医学功能等指标非常重要，仿生材料的优点在这里得到了充分释放。
比如，仿生材料可以制成人工心脏、血管等，实现人体器官的替代和修复。
同样，仿生牙齿、人造肢体等也是应用广泛的仿生材料之一。
这些仿生材料的研制和应用，大大提高了医学领域的治疗效果，也为失去正常生理功能的人们带来了新的希望。
其次，仿生材料技术在机器人制造中也有着许多应用。
随着人工智能和机器人技术的不断发展，在机器人制造领域，越来越多的机器人模仿人类的生理机能和行为，而仿生材料的使用则进一步增强了仿真度。
例如，仿生机器人虫子采用仿生材料和模拟生物的运动方式，可以行走和攀爬各种复杂环境，而仿生机器手臂采用的柔性材料则可以更好地适应相应场景。
这些仿生机器人的出现，实现了人机交互的更好融合，展现了巨大的发展潜力。
最后，仿生材料技术在工程建设中也有着重要的应用。
工程建设中需要耐久、智能、高效的材料，而仿生材料则可以从生命体中获得灵感，制造出具有较强韧性、适应性的材料。
例如，仿生水泥、仿生水凝胶等材料都利用模拟自然生物的结构和特性，制造出了自修复、防水防火等功能。
仿生材料的应用，为工程建设提供了新的材料选择和技术路径。
总的来说，仿生材料技术在医疗、机器人制造和工程建设等领域，都有着重要的应用和前景，引起了广泛的关注。
今后，我们应该进一步加大对应用和研究的投入，不断提高仿生材料的制备和应用水平，实现人造材料与生命体更好的交互和融合，为人们的健康、安全和美好生活提供更好的保障。
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收稿日期：２０１５－０２－１７。
基金项目：辽宁省教育厅高等学校优秀人才项目（ＬＪＱ２０１１１１７）；辽宁省教育厅大学生创新创业训练计划（２０１４１０１６６０００００８）。
作者简介：郭帅帅（１９８６－），男，山东潍坊人，沈阳师范大学硕士研究生；通信作者：封文江（１９７４－），男，河北石家庄人，沈阳师范大学副教授，博士，硕士研究生导师。
第３３卷 第２期２ ０ １ ５年 ４月沈阳师范大学学报（自然科学版）Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．２Ａｐｒ．２ ０ １ ５文章编号：１６７３－５８６２（２０１５）０２－０１６０－０４仿生材料研究综述郭帅帅，封文江，朱 影，何江海，徐雅辉，亓雨生，杨奥新（沈阳师范大学物理科学与技术学院，沈阳 １１００３４）摘 要：生物与环境长期相互作用下形成了优异的功能与完美的结构，新型材料的发展对于推动社会进步的重要性不言而喻。
仿生科学作为新型结构功能材料的研发新思路得到突破性发展。
从一些天然材料的复合结构和优异功能出发，介绍了仿生材料的特点及其研究领域的一些成果。
天然复合材料优良的力学性能，与材料的微观结构有显著直接关系。
以天然材料作为设计思维的来源制作出高性能仿生材料，主要包括结构仿生材料与功能仿生材料，已经被应用于社会生产的多个领域。
随着科技发展，计算机模拟作为一种高效、经济环保的设计方式，对于仿生材料发展有极大地推进作用。
关 键 词：材料仿生；计算模拟；结构功能中图分类号：ＴＢ３０３ 文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５８６２．２０１５．０２．００７０ 引 言新型材料的研发一直是活跃的研究领域。
自然界是人类利用材料、设计材料及发明创造的源泉，二十世纪六七十年代，仿生学的概念被正式提出，当时仿生材料的研究处于起步阶段，研发的成果稀少，进展缓慢。
如今仿生材料学已经发展成为一门覆盖信息科学、材料科学、结构力学、工程设计等的交叉学科，研究的领域还在不断扩大，涉及的学科也会越来越多。
功能结构良好的天然材料，具有不同尺度的分级结构，根据ＸＲＤ衍射及ＳＥＭ图样发现多数天然材料的结构特点是成分简单，结构复杂，却具有特殊的性能。
因此，日益受到科学家的重视，希望根据这一特点，设计并制备出高性能的功能结构复合材料。
１ 研究背景生物经过长时间的动力学自组装过程，各个组分之间按照最佳的结构和组合方式组装，最终形成特有的复合结构，来适应复杂多变的环境要求。
某种意义上来说自组装产物的缺陷程度最低，结构和功能达到了理想状态［１］。
科学家已经从纳米层面系统的分析与研究生物体外形、结构、力学功能，可以作为工程设计的依据，为仿生设计出高性能材料提供理论支撑。
自从２０世纪末开始，国内外投入很大的人力物力从事仿生工作，并且取得了许多重要成果：如仿生自然叶片蒸腾作用的热效应［２］、仿生离子通道［３］、仿生分子及细胞传感器［４］、仿生耦合聚晶金刚石钻头［５］、仿生动物消化系统的反应器［６］等。
如今，已经有许多仿生结构材料应用于医学修复、传感器及量子器件等多个领域。
２ 研究现状２．１ 力学功能仿生天然纤维是性能优良的材料，也是人们经常接触的天然材料。
蛛丝作为纤维材料，它的结构和功能较早的被人们研究并仿生成功。
２０世纪末，美国生物学家安妮穆尔发现“黑寡妇”的蜘蛛丝，而且蛛丝有很高的断裂强度。
后来，加拿大科学家通过山羊产出的蛛丝蛋白制作出可降解的“生物钢”，其强度是钢的十倍，用蛛丝纤维制作的布料，其强度是防弹衣的十几倍［７］。
正是纤维的这些优异特点，在当时吸引了大量的科学家不断地对其进行研究。
通过对天然纤维形态结构的研究发现，纤维素为线型高聚物，它的大分子之间不仅有范德华力的相互作用，还有使分子平型排列、紧密结合的氢键的作用。
纤维素分子之间排列整齐紧密程度与纤维的强度呈线性关系。
从表１可以看出这几种天然纤维虽然密度比较小，但是都具有较高的比强度和拉伸模量［８］。
如今，人工制作的Ｅ－玻璃纤维比强度达到８００～１ ４００ＭＰａ·ｃｍ３／ｇ，拉伸强度则达到２ ０００～３ ５００ＭＰａ。
表１ 几种天然纤维力学性能天然纤维拉伸强度／ＭＰａ拉伸模量／ＧＰａ密度／（ｇ·ｃｍ－３）亚麻３４５～１ ０３５ ２７．６ １．４９剑麻５１１～６３５ ９．４～２２ １．２６苎麻４００～９３８ ６１．４～１２８ １．５４２．２ 力学结构仿生天然复合结构的仿生设计是研究热点之一，复合结构材料的优异性能往往超越单一结构材料。
其中贝壳的珍珠层是由片状文石交错排列成层，单个文石之间用有机质填充（图１）。
贝壳的断裂方向垂直于片状文石层时，有机体起到了缓冲减压的作用，增大了文石层间的相互作用力，拔出文石晶片所做的功得到提高，导致部分沿文石片边缘断裂变为穿过文石片断裂，并改变应力的单一方向，产生多方向的转变，应力的不断偏转改变使裂纹路径增加，阻力相应增大［９］。
因此，贝壳的这一复合结构使其具有了优异的力学性能，贝壳的韧性是文石的１ ０００倍，硬度是文石的２倍，是普通碳酸钙材料的３ ０００倍［１０］。
Ｓｔｕｄａｒｔ［１１－１２］研究小组将柔性生物高聚糖与具有高强度的陶瓷板相互交错成层得到优异力学性能的仿贝壳状复合材料。
人们根据这一交错结构特点，用ＳｉＣ作单晶片，用石墨作基体，烧结成类似贝壳结构的复合材料，经实验测得，其断裂功提高了２个数量级。
根据这一结构制作出的芳伦纤维增强树脂，其断裂功比单相提高了８０倍［１３］。
图１ 文石晶体层横截面示意图２．３ 仿生多孔材料多孔材料具有比强度高、比面积高、密度小等特点，可以通过水热合成、压缩烧结等方法制作而成。
天然多孔材料孔道结构的排列及规则程度差异很大。
海胆刺是一种多孔材料（图２），孔径大小为３０～５０μｍ，孔道为无序结构。
生物的这种孔道结构与物质的传输有关联，海胆的这种三维多孔结构能减轻自身的重量，并且具有优良的力学功能。
海胆是生存４．５亿年的古老生物，分布十分广泛，从海岸边甚至５ ０００ｍ的深海，能抗击巨大海水的能量［１４］。
实验表明，多孔材料具有分离、传感、缓冲减震、隔热、吸图２ 海胆刺的结构形貌１６１ 第２期 郭帅帅，等：仿生材料研究综述收能量的优异性能，用陶瓷制作成的多孔人工骨还具促进组织生长的功能。
如今，一些多孔金属及陶瓷材料相继被研发出来，并且不断进行结构与功能的研究改进，以求合成更高性能的复合材料。
其中用钛及其合金作为原材料仿生制作的人工骨骼、牙齿等在医学领域已经广泛应用，用无机非金属材料制作的多孔玻璃及泡沫塑料在航天航空方面得到广泛应用。
２．４ 仿生太阳能电池众所周知，植物的叶绿体能通过光合作用将太阳能转化为化学能。
美国普渡大学科学家利用纳米碳管和ＤＮＡ等材料，仿生研制出具有自我修复能力的太阳能电池，这种电池中被破坏的染料可以不断得到更新，具有自我修复的能力，从而使用的年限大幅提高［１５］。
我国科学家根据叶绿体的功能研制出新型的染料敏化太阳能电池，能直接将１１％的太阳能转化成电能，成本较低，使用寿命较长［１６］。
而且随着环保意识的增强，有很强的市场竞争力，基于这些优点，今后将有更多的仿生太阳能电池被研发。
２．５ 仿生传感器仿生传感器的研发一直是研究热点，研究的范围越来越广泛，有视觉传感器、嗅觉传感器、触觉传感器［１７］等。
我国科学家用纳米材料制作出仿生电子皮肤［１８］，原理是将灵敏度高的导电纳米材料与微纳米结构柔性基底有效结合，导电材料在受到微小压力时能发生电信号的变化，把压力转换成可以识别的信号。
这种仿生触觉传感的电子皮肤，能准确感知并获取微小压力变化的人体电流信号，对人体的生理状态进行及时检测，之后进行“逻辑思考”并相应调节控制。
３ 计算机仿生模拟计算机模拟、高分辨率Ｘ射线成像技术［１９］、云计算、３Ｄ打印等技术的发展为仿生材料科学的研究提供技术保障。
先进的科学仪器可以从纳米级清晰观察研究材料微观结构，分析成分组成，测试相关性能。
利用计算机进行有机质的组装、结构动力学等仿生模拟分析。
Ｂａｎｄｙｏｐａｄｈｙａｙ等［２０］对于脂类分子与ＤＮＡ之间的作用关系，采用了分子动力学方法对其模拟研究；Ｆｒａｎｋ等［２１］用分子动力学方法对枝状配糖物聚集体进行了模拟，结果显示末端糖单元类型及桥联基团会对聚集体构象有很大影响；刘泽军等［２２］成功对生物体表面非光滑形态进行了计算机模拟，为制作光滑形态试样提供了数学模型；谷云庆等［２３］利用计算机模拟鲨鱼腮喷射流的减阻作用，得出仿鲨鱼腮部射流可以增厚出口下游的黏性底层，降低边界层流体的速度梯度，有效减小壁面剪应力。
通过计算机模拟能清晰描述新型材料结构与自组装的机理，对材料进行定量分析并能从理论上对材料结构进行调整，观察材料结构功能的变化趋势，通过调整参数，拓扑结构优化，增强材料的性能，减少了实际模型研究的重复性，缩短了材料研发周期，提高了材料的设计制作效率。
随着计算机的发展，模拟的范围不断扩大，从纳米级的凝聚态物质到宏观材料都可以进行模拟，为材料的发展提供了一条崭新的路径，拓展我们对材料的认识领域。
４ 结论与展望材料作为当前新技术革命的支柱产业，受到世界各个国家的重视，仿生结构及其功能材料是材料科学的重要组成部分，尤其是仿生高性能材料研发极大地促进材料科学的发展。
由最初的普通结构设计向微观化方向发展，由低维度向高维度发展，利用先进的科学设备进行模拟、构造、重组新型功能、环保、智能一体化材料将是当前及以后的研究重点，并将对于医学、军事、工业设计等领域的快速发展有积极推进作用。
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