仿生智能材料论文

仿生智能材料论文

仿生智能材料

现在仿生智能材料的发展和研究是一个非常好的前景，人们所用的许多东西，所研究需要的性能都离不开动物机能的启发。然而在这次选修课上我也学到了许多平时学不到的知识，如今我的专业课就是材料科学与工程，更让我解到了仿生智能材料对各种物件和科研的重要性了。上课时间老师也让我们观看了许多视频资料，让我们也了解到，学到了许多东西。

比如，蜘蛛丝的仿生材料研究，也是人们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。蜘蛛吐出的丝，人类很早以前就对其在研究，然而在最近几十年才知道，这些丝全部是由蛋白质构成的，具有温暖的触感和美丽的光泽。二十世纪以来，人们模仿蜘蛛吐丝和蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法。以后又模仿生物纤维的吸湿性、透气性等服用性能研制了许多新型纤维材料。这些产品的出现显示了人类仿造生物纤维表面细微形态与内部构造取得了成功。另外人们对蜘蛛丝进行的研究，一直以来研究者们都很期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完全一样的人造丝。

因此，生体高分子纤维因其固有的生体功能而被广泛应用于纺织、医学、生物等多个领域中，自二十世纪九十年代以来，又出现了许多仿生和超生高分子纤维材料，并将开发的热点转向高强轻质的新型纤维。蜘蛛因而具有许多天然纤维甚至高性能合成纤维无法比拟的优异力学性能，而成了国内外许多研究机构和学者关注的焦点。近年来，许多国外的学者在研究蜘蛛丝结构和性能的同时，借助于日益发展的生物技术，采用基因移植的方法研制了人工合成蜘蛛丝蛋白，并采用化学纤维纺丝的方法将其制成类蜘蛛丝，但由于性能上的缺陷、加工过程复杂、成本高等一些因素，仿蜘蛛丝尚未实现工业化生产。从材料科学的角度来看，纤维的性能取决于其大分子链结构和聚集态结构，探明纤维性能形成机理的根本在于：掌握其结构和性能间的本构关系。因此，要使蜘蛛丝的力学性能在人造生体高分子纤维上得到表达，研究其性能的结构机理和形成这种结构的方法原理是至关要的。

在非洲草原上老虎捕时，身体瞬间迸发发出的能量，和瞬间身体机能的改变。老虎不能长时间的奔跑，但是奔跑时的速度很快，加上从不正面出击，哪怕是对其危险性极小的狍子、梅花鹿、山羊等猎物，也都是从后面袭击。再者是近距离伏击。老虎攻击确定猎物时，往往是充分利用周围的植物，匍匐下身体，悄悄地靠近猎物；或者埋伏在猎物附近静悄悄地等待猎物靠近；无论是匍匐前进还是就近潜伏，老虎都选择正对猎物屁股那个方向悄然接近。其次是短线作战，老虎有点像股票市场的短线炒手，通常是在离猎物距离很短的时候才发动突然袭击，有点类似希特勒的闪电战，在猎物还在低头吃草的时候，在猎物措不及防的时候，在最短的距离里，以最强的瞬间爆发力，以最快的速度偷袭对手的屁股。等对手反应过来的时候，老虎的血盆大口已经紧紧咬住了其咽喉的位置，老虎的锋利爪子已经像钢钉一样扎进了其脊背两侧的肌肉里。老虎的速度、爆发力、耐力、绝对力量和爪牙都是最厉害的，即使是采取长距离奔袭和正面进攻，估计在地球上除了拥有猎枪的人类，老虎想捕杀任何猎物都不是件难事；然后老虎采取的却是近距离短线屁股后面的的偷袭策略。

在天空中飞翔的鸽子，经过研究科学家们用磁学理论来解释鸽子的定向能力。地球磁场在广大区城上随不同地点和方向而不同。从而可为鸽子提供位置信

息。磁场强度，磁倾角，磁偏角相互之间可形成一个高度非正交的网。在数百千米区域内，这些成分大致恒定。但在整个地球表面则是逐渐变化的。这些变化的成份相互形成的梯度网称为导航图，可用来进行定向。近年来的实验证实了磁导航的存在。当给鸽子弹的头上加上一块具有特定极性的人工磁铁后，鸽子的飞行不能进行正确的定向；每当太阳质子活动剧烈时，地球磁场受到干扰，鸽子的返巢率也随之大大降低。此外，初步的研究结果表明，在鸽子的颅骨下方的前脑中具有长约0.1微米的针状磁铁。他们认为鸽子能利用地磁来定向，它们具有探测地球四个基点的能力，能接受到磁场反馈的变化信号，磁感应的变化能对鸽子产生影响，从而帮助鸽子导航，辨别方向。

然而，在那贫瘠的沼泽地里长着的植物，也有靠着敏锐的感官来辨别周围的变化，进行捕食。比如，南亚和澳大利亚的猪卷草，茅膏菜与产于南美的捕蝇草及瓶子草等。这些植物大都生长在热带沼泽地带，因为这类地区往往土壤贫瘠，所以植物不得不捕食动物以增加营养。这类植物捕食的方式基本有两种：一是生有捕捉器或夹子般的叶子，叶子两半能迅速闭合，把牺牲品夹在当中。如茅膏菜，它的叶子平时分两片张开，叶上分泌有甜味的液体，一旦有昆虫类小动物碰到叶子上的触毛，两片叶子立即闭合，把昆虫夹在其中，并分泌消化液把它消化以吸收养分。大约十天后，消化已毕，叶子重新张开，等候捕捉下一个猎物。另一类如猪笼草，瓶子草，叶子演化成瓶状，瓶口色彩鲜艳如花，并能分泌具有香味的蜜腺，吸引昆虫等小动物。而瓶颈又长着向下斜生的硬毛，昆虫只要爬进瓶中就无法逃出，瓶底的消化液会迅速把它消化掉。这些能捕食动物的植物，虽然令不少人觉得惊奇，但它们确实存在。然而，这些植物都不高大，一般只有二三十厘米，最高的也不过六七十厘米高。它们只能捕食小动物，主要是捕食昆虫，较大的品种，偶尔也能捕食小型的蛙或壁虎等。因此人们把它们称为捕虫植物或食虫植物。至于稍大些的动物，哪怕是小老鼠，它们是根本无力捕获的。真正吃人的草是不存在，猪笼草那样的捕虫植物也只是把小虫当成“点心”，主要还是依靠自身的光合作用产生养料的。

鲸鱼的进化与骨骼演变，从解剖学可以看出，鲸如何经受了失去四肢、肱骨、后肢带等身体骨骼与器官的巨大变化而具有几乎是尽善尽美地适应泽国生活能力的生物的。所以，科学家们只能推测可能是一种四足动物在过去的某个时候变成了鲸的始祖。鲸鱼的隐没在肌肉组织里的退化了的小骨生长之处正是爬行鲸的前后肢所在。然而，鲸的远祖前肢短，后肢较长而粗壮。二现在的鲸鱼在水中也可以灵活地利用后肢参与整个身躯的波浪式运动。远祖鲸的尾巴相当长，尽管它没有现代鲸的尾鳍但仍不失为一把游泳好手。考古从发掘出的骨架看，这种三米长动物它已具备了一系列与爬行鲸不同的特征。它无须再像它的先辈那样爬上陆地了。骨架是在沉积岩中发现的。地质学家指出，这种沉积岩形成于很深的海底，这一事实很能说明鲸的更近代的祖先已经非常适应本属于鱼类的无垠的海洋空间了。骨架在科学的面前揭示了一种动物的后肢变化的典型渐进过程。不是灾难性的事件而是在物种演化突变的影响下的普普通通的变化以及自然条件的改变所进行的选择。使鲸最终失去了它的后肢。

学习本科目以后对此，我也受到了深刻的启发。在进入20世纪，人类开始遇到人口增长、资源匮乏、环境恶化等问题的威胁。研究仿生智能材料等，在解决这些问题时具有核心科学作用。化学材料不但大量制造各种自然界已有的物