结构仿生材料的应用与发展前景
仿生材料学的发展及应用
仿生材料学的发展及应用近年来，随着科技的不断发展和进步，仿生学在人们的生活中开始发挥越来越重要的作用。
而仿生材料学作为仿生学的重要分支之一，也受到了越来越多的关注和研究。
本文将从发展历程、应用现状、未来前景等方面探讨仿生材料学的发展和应用。
一、发展历程仿生材料学，简单地说就是模仿动植物的结构、性质、功能等进行材料设计和制备。
其发展历程可追溯到古代，早在汉代就有“仿石成木”的技术。
但是由于历史和技术条件的限制，长期以来仿生材料学只能停留在经验和手工制作阶段。
随着现代科技的发展，利用先进的分析手段和制造技术，仿生材料学逐渐成为一个独立的学科，并得到了长足的发展。
在20世纪90年代，仿生学成为国际生物技术领域发展的一个重要热点，科学家们开始系统探究生物界的多样性，并结合生物学、物理学、数学、机械工程学等学科知识开展材料设计和制备。
目前，仿生材料学已经从简单形态的仿生学实验开始发展，逐步形成生物学、医学、机器人等领域的交叉应用。
二、应用现状1、生物医学领域仿生材料学广泛应用于生物医学领域，以期开发出一些可用于临床治疗的仿生材料。
例如，在组织工程领域，利用仿生材料设计可以制备生物功能材料，支持和促进细胞生长和分化，加速组织修复和再生；在口腔医学领域，通过仿生学设计口腔义齿和口腔修复用材料，提高口腔修复效果和病人生活质量；在骨科领域，仿生材料可以制备出类似骨骼结构的金属、聚合物、陶瓷等材料，能够更好地帮助植入物与肌骨组织契合，促进骨组织再生。
2、机器人领域仿生材料学也非常适用于机器人领域，因为它可以使用仿生学原理来设计和制造机器人，赋予其类似生物的结构和功能。
例如，充分考虑鸟类的飞行机理，利用仿生材料在制造创新型飞行器方面有了长足进展。
同样，利用仿生学的原理，设计机器人达到人体运动和功能的模仿，例如能够模拟人体骨骼、肌肉和关节运动的仿生机器人。
三、未来前景当前，仿生材料学还存在很多问题和挑战，例如仿生材料的制备成本、效率以及仿生材料与人体完美的吻合度，是解决目前仿生材料学发展问题的重要方向。
仿生材料的研究进展及应用前景
仿生材料的研究进展及应用前景随着科技的不断发展，人类对于仿生学的研究也越来越深入。
仿生学是指生物学、物理学和工程学等相关学科在结构、形态、力学等方面模仿自然界中生物的形态和功能，从而研制出仿生产品和器件的学科。
仿生学在人们生产生活中的作用越来越大，而仿生材料是其中的重要组成部分，具有巨大的应用前景。
一、仿生材料的定义及特点仿生材料是一种通过仿照生物体的结构、形态、功能和制造方法，用人工材料来代替或模拟生物体某些功能的人造材料。
仿生材料是科学家研究生物仿生学的一个重要领域，与生物学、材料学、力学等多学科交叉，具有以下特点：1.符合生物体的结构、形态和力学等特性；2.比人造材料更具可塑性、可调性和适应性；3.具有多种特殊功能和性能；4.可以在多个领域应用。
二、仿生材料的研究进展随着仿生学的不断发展，仿生材料的研究也在不断深入。
目前，仿生材料的研究重点主要集中在以下方面：1.仿生材料的结构设计及制造方法研究。
通过仿照生物体的结构设计，结合现代材料制造技术，开发出具有类似结构的仿生材料。
2.仿生材料的性能研究。
通过模拟生物体的特殊功能和性能，研究仿生材料的相应性能，如生物材料的力学性能、光学性能、磁性能等。
3.仿生材料的应用研究。
通过对仿生材料的研究，探究其在医药、新材料、机器人等多个领域的应用。
三、仿生材料的应用前景仿生材料的应用前景十分广泛，未来有望在以下几个方面得到广泛应用：1.医学领域仿生材料可以用于修复、再生人体组织，分析生物体的分子作用和制备仿生医学材料等。
例如，仿生骨料可以代替天然骨骼，用于义肢制造和人造骨骼修复等。
2.材料科学领域仿生材料的结构和性能特殊，可以制造出更加高效的电池、太阳能电池等能源材料。
3.机器人领域仿生材料能够帮助机器人更好地仿照生物体的结构，并具备生物体的一些特殊功能。
例如，仿生蛇机器人可以模仿蛇的蠕动方式，更好地适应不同的地形。
总结：作为仿生学中的重要领域，仿生材料在科技领域中发挥着越来越重要的作用。
仿生新材料的应用前景
仿生新材料的应用前景随着人类科技的不断进步，越来越多的新材料被发明出来，其中最有前途的就是仿生新材料。
仿生材料是受到真实生物体结构和功能启发设计的一种新型材料。
仿生新材料是目前生物科学和材料科学的交叉领域之一，以其优异的物理、化学及机械性质，成为众多科学家的研究热点之一。
本文将分别从仿生新材料的概念、应用领域以及市场前景三方面来探讨仿生新材料的应用前景。
一、仿生新材料的概念仿生新材料是指通过对生命科学中优秀结构、性能及生命过程机理的研究、分析和仿制，将其成功应用于材料及工艺制造领域的全新材料。
仿生新材料是一种采用仿生学原理和方法，通过模仿生物体的结构、构造、动静性能等方面，利用现代材料科学的新技术、新工艺，赋予新材料相应的生物特性的一种新材料。
它不仅具有人造材料的优点，而且能在一定程度上模仿生物体的优点，具有广泛的应用前景。
二、仿生新材料的应用领域1、医疗器械方面仿生新材料在医疗器械方面的应用前景非常广泛，这主要是因为仿生新材料本身就是针对人体设计的，具有生物相容性、耐磨性强、强度高等优点，因此可以用于人体内部各种医疗器械、假肢、义齿、骨修复材料、医用高强度纤维等的制造。
这些仿生新材料可以代替传统金属、陶瓷材料，更好地适应人体的需求。
2、智能材料方面仿生新材料在智能材料方面也有着广泛的应用前景，唯一的不同就是智能材料更注重材料的自身反应和响应。
例如仿生智能液体晶体材料，可自行调控物质的颜色、形态和光学特性，可以用于制作信息显示类产品等。
此外，还有仿生智能高分子材料，这种材料可以在光、温、湿度等环境条件变化下发生物理和结构上的改变，可以用于制作人造肌肉、人造神经等。
3、建筑材料方面仿生新材料在建筑材料方面的应用也是非常广泛的，例如仿生纳米材料、仿生高分子材料可以被用于建筑材料中，使得建筑材料具有更好的维护性能、更高的抗压性能，还可以在建筑材料表面上制造仿生纹路等特色，增加建筑的美观性和耐久性。
三、仿生新材料的市场前景随着现代化科技和材料工艺的不断发展和进步，仿生新材料的应用市场将逐渐扩大。
仿生学材料的发展现状
仿生学材料的发展现状仿生学是模仿自然界生物体结构、功能和行为的科学，而仿生学材料则是通过仿生学的原理和方法，材料的组成和结构，从而实现特定的功能。
在过去的几年中，仿生学材料领域得到了迅速的发展，使得仿生学材料在生物医学、机器人、能源等应用领域展现出了巨大的潜力。
一、仿生学材料的种类仿生学材料主要分为三类：智能仿生材料、结构仿生材料和功能仿生材料。
智能仿生材料是指通过改变材料组成或结构，在外部刺激下实现物理学或化学学上的变化以及对环境的感知、反应和应变。
例如，形状记忆合金材料可以通过温度变化自主变形，某些高分子材料可以在外部刺激下调整材料的生物相容性、电学性能等特性。
结构仿生材料是指通过模仿天然物质的结构设计制造的一类材料。
结构仿生材料能够具有天然物质的优异力学性能及耐久性，并且可以同时控制材料的物理、化学和生物性质。
这种材料可以在集成电路、摩擦材料、电子学等领域中得到广泛应用。
功能仿生材料是指根据天然生物体的功能和机制设计的一种材料，其含有与天然材料相同的优异功能，例如仿生鳞片材料可以具有优异的防水性能，仿生蛇皮材料则可以具有非常好的摩擦性和柔韧性。
二、仿生学材料的应用在仿生学材料的应用中，医学是一个非常广泛的领域。
仿生材料可以用于制造人工心脏瓣膜和人工骨头，仿生材料还能用于细胞培养、组织修复等方面。
例如，超薄、高亲和力的仿生膜可以用作生物分离、人工肾脏和人工肝脏，较硬的复合仿生材料可以用作人工臂和人工脚。
在机器人领域，仿生学材料也有很大的应用潜力。
仿生材料可以被用于制造更加逼真和实用的机器人骨架和肌肉，从而可以为机器人带来更加优异的机动性和灵活性，并且可以为机器人制造出更为符合天然物体的机体能力。
在能源领域，仿生学材料也具有着重要的应用价值。
例如，太阳能电池可以被制造成仿生鳞片材料，模仿鱼鳞片的微观结构，使太阳能电池表面能抵抗液态水，从而提高太阳能电池的性能和稳定性。
三、仿生学材料的发展前景仿生学材料的发展前景非常的广阔，有很大的潜力。
仿生材料设计在工业制造中的应用前景展望
仿生材料设计在工业制造中的应用前景展望引言随着科技的不断进步，仿生材料设计在工业制造中的应用前景越来越受到关注。
仿生材料是通过模仿生物结构和功能的人工材料，具有许多独特的优点，如轻质、强度高、耐用等。
本文将探讨仿生材料设计在工业制造中的应用前景，并展望其可能的发展方向。
一、仿生材料在航空航天领域的应用航空航天领域对材料的要求非常严格，需要材料具有轻质、高强度和耐高温等特点。
仿生材料设计可以提供许多创新解决方案。
例如，通过模仿鸟类骨骼的空心结构，可以设计出更轻、更坚固的飞机零件。
利用仿生材料设计的航天器，可以提高载荷能力并减少燃料消耗，从而降低航天任务的成本。
二、仿生材料在汽车制造领域的应用汽车制造需要材料具有优良的耐用性、强度和轻质化的特点。
仿生材料设计可以为汽车制造商提供新的材料选择。
通过模仿植物的纤维结构，可以开发出更加轻量化和节能的汽车部件，如车身、发动机零部件等。
此外，仿生材料还可以改善汽车的安全性能，例如通过模仿昆虫的外骨骼结构设计新型碰撞吸能材料，提高汽车的碰撞安全性能。
三、仿生材料在建筑工程领域的应用建筑工程领域对材料的要求非常多样化，如轻质、隔热、防水、耐候等。
仿生材料设计可以为建筑工程师提供创新材料和设计思路。
通过模仿贝壳的复合结构，可以开发出更具耐候性和隔热性能的建筑材料，提高建筑物的能源效率和环境适应能力。
利用仿生材料设计的建筑材料，还可以实现更灵活的建筑设计，例如利用蜘蛛丝仿生设计的高强度建筑材料可以使建筑物更加轻量化和耐久。
四、仿生材料在医疗器械领域的应用医疗器械领域对材料的要求非常高，需要具有生物相容性、耐腐蚀和耐用性等特点。
仿生材料设计可以满足这些要求，并提供更好的解决方案。
通过模仿人体骨骼的结构和功能，可以开发出更适合人体组织的人工关节、人工心脏等医疗器械。
此外，仿生材料的特殊性能也可以用于治疗和修复人体组织，例如利用仿生材料设计的可降解支架可以实现血管重建和再生医学等领域的创新应用。
仿生材料的研究与发展
仿生材料的研究与发展随着科技的快速发展，仿生学的研究越来越吸引人们的关注。
仿生学是基于生物学的原理和结构，将其应用到未来的工业和技术中。
仿生材料作为未来发展的一个重要方向，正在受到越来越多的关注。
这篇文章将为您介绍仿生材料的研究与发展，以及未来的应用前景。
1. 仿生材料的定义和种类仿生材料是一种能够模拟生物体结构和功能的材料。
它是由生物材料和非生物材料组成的材料。
仿生材料可以帮助我们更好地理解生物体的结构和功能，也能够为未来的科技和工业带来许多新的机会。
仿生材料种类繁多，常见的有：仿生纳米材料、仿生智能材料、仿生能源材料、仿生高分子材料等。
每种仿生材料都有不同的应用领域和功能。
2. 仿生材料在减轻环境压力上的作用随着人类活动的不断增加，人类对环境的压力也在加大。
如何减轻环境压力，成为了人类面临的一个重要的问题。
而仿生材料因为能够模拟和应用生物体的结构和功能，就成为了减轻环境压力的一个重要手段。
例如，仿生智能材料可以模拟蚂蚁群体的智能行为，实现能源的高效管理和优化。
而仿生高分子材料可以模拟植物的叶子，实现高效的光合作用。
这些仿生材料的应用，能够在环境保护方面发挥积极的作用。
3. 仿生材料在医疗领域的应用仿生材料在医疗领域也有着广泛的应用。
例如，仿生高分子材料可以模拟人体组织，用于人体的修复和再生。
仿生智能材料可以模拟神经系统，用于治疗神经系统疾病。
这些仿生材料的应用，能够为医疗领域的技术和治疗带来极大的便利。
另外，仿生材料还可以用于制造仿生器官和仿生蛋白等，这些仿生产品可以替代失去功能的器官和组织，为人体健康带来很大的帮助。
4. 仿生材料在工业生产中的应用仿生材料在工业生产中也有着广泛的应用。
例如，仿生纳米材料可以模拟自然界中的微生物和生物，用于制造高效的纳米材料，提高工业生产的效率和成品率。
仿生高分子材料可以模拟蛋白质和胶体，用于制造高质量的高分子产品。
这些仿生材料的应用，能够为工业生产带来巨大的效益。
仿生材料的发展及其应用前景
仿生材料的发展及其应用前景随着科技的飞速发展，人类社会不断需要新的材料来适应不断变化的需求。
传统的材料虽然在一定程度上能够满足人们的需求，但它们的局限性也逐渐凸显。
因此，有一种新兴的材料被人们越来越关注，那就是仿生材料。
仿生材料是一种模仿生物体结构、功能以及运动的人工材料。
自20世纪60年代初期，世界范围内的科学家就开始研究仿生材料。
随着科技的进步，仿生材料得到了快速的发展，具有了更广泛的应用前景。
一，仿生材料的发展1.原始阶段仿生材料的研究最初是从生物体的结构入手。
20世纪50年代，在探索花的本质之时，物理学家Russell与生物学家Westbrook一同发现了一种名为“磁力蕴含”的生物学现象。
这启发了科学家从物理角度去研究仿生材料的原理。
2.模拟阶段在原始阶段的基础之上，科学家们逐渐将仿生材料的研究引向了模拟阶段。
20世纪60年代，研究人员模仿了蝴蝶的眼睛结构，通过微透镜将显微图像聚焦到一个小点上，并将其赋予了类似蝴蝶的超视力。
此时，仿生材料的研究逐渐有了一定的成果。
3.生物学阶段仿生材料的发展进入到生物学阶段，也就是从仿生体系中提取有用的结构来实现材料的新型应用。
在这个阶段，研究人员将冈村优纪子的叶绿体结构与人工光合成系统相结合，成功地实现了“氢燃料制造器”系统的设计，使显微镜的细胞图像被扩大了150倍以上。
二、仿生材料的应用前景随着科技的发展，仿生材料的应用场景逐渐增多，以下列举其中几个应用前景。
纳米机器人仿生材料的机器人具有生物体与机器体的结合特性，因此在制造纳米机器人方面表现更为出色。
纳米机器人能够进入人体内部，探查并修复疾病，具有广泛的医学应用价值。
智能材料仿生材料中的灵敏感知系统、自调控能力等特性为其在智能材料制造方面的应用提供了很大的可能性。
目前，智能材料在柔性显示器和柔性电子显示屏等领域中的应用已取得了初步成功。
仿生组织仿生组织是仿生材料的另一个研究方向。
它将仿制的组织结构与实际的生物组织进行匹配，以此为基础进行彻底的组织架构调整。
仿生材料设计技术及应用前景展望
仿生材料设计技术及应用前景展望近年来，随着科技的不断发展，仿生材料设计技术在许多领域都得到了广泛应用。
仿生材料指的是仿生学原理和方法应用于材料设计中，通过模仿生物体的结构和功能实现材料的创新。
本文将就仿生材料设计技术及其应用前景进行展望。
首先，仿生材料设计技术在医学领域有着广泛的应用前景。
例如，仿生心脏瓣膜的设计可以使其具备与人类心脏瓣膜相似的结构和功能，从而实现更好的生物相容性和持久性。
仿生材料还可以用于修复和替代组织器官，提高植入人体的可持续性和适应性。
此外，仿生材料还可以用于制作可溶性药物缓释器，使药物能够更加持久和精确地释放，提高治疗效果和降低副作用。
其次，在能源领域，仿生材料设计技术也有着广泛的应用前景。
例如，通过仿生叶绿体的结构和功能，可以设计出高效的光合作用材料，用于太阳能的转化和储存。
仿生光合材料可以有效地捕获太阳能，并将其转化为可利用的化学能，从而实现可持续能源的生产和利用。
此外，仿生材料还可以用于设计新型的高效电池和储能设备，提高能量转换效率和储能密度。
此外，在材料工程领域，仿生材料设计技术也能够提供全新的思路和方法。
通过仿生学原理和方法，可以设计出具有特殊性能和功能的材料。
例如，仿生结构材料可以具备象皮肤一样的自修复能力，当受损时可以自动修复，延长材料的使用寿命和可靠性。
仿生材料还可以用于设计具有特殊光学性能的材料，例如反射材料和抗反射材料，用于光学器件和光学成像等领域。
此外，仿生材料还可以用于设计具有超高强度和超导性能的材料，推动材料科学和工程的发展。
然而，虽然仿生材料设计技术有着广泛的应用前景，但也面临着一些挑战和问题。
首先，仿生材料的设计和制造过程较为复杂，需要深入了解和模仿生物体的结构和功能。
此外，仿生材料的性能和稳定性也需要进一步提高和优化。
另外，仿生材料的大规模制备和商业化应用还需要更多的研究和努力。
因此，要充分发挥仿生材料的优势和潜力，需要跨学科的合作和创新，推动仿生材料设计技术的发展和应用。
仿生材料技术的发展及应用前景
仿生材料技术的发展及应用前景随着科学技术的不断进步，仿生材料技术已经成为人们关注的热点之一。
仿生材料技术是一种模仿生物体机能和结构的技术，利用生物学、化学、物理等学科知识，将生物体所具有的优异性质转化成人工材料，以适用于各种领域。
本文将探讨仿生材料技术的发展及应用前景。
一、仿生材料技术的发展历程仿生材料技术的起源可以追溯到上世纪六十年代。
当时，人们发现某些生物体的组织、骨骼、肌肉、鳞片等结构拥有非常优异的性质，比如鲨鱼皮肤光滑、减风阻、企鹅羽毛防水保暖、海马骨骼强度高等。
随着对这些生物体所拥有的属性逐渐了解，仿生材料技术开始逐渐发展起来。
上世纪八十年代，仿生材料技术逐渐出现了新的突破。
研究者发现了一种新型材料——形状记忆合金，这种合金可以根据外界条件发生塑性变形，并可以恢复成原来的形状。
随着材料科学领域的进一步发展，仿生材料技术正在不断涌现出新的材料和应用领域。
许多仿生材料已经应用到了航空、机械、医疗等领域。
二、仿生材料技术的应用前景1. 医疗领域仿生材料技术在医疗领域的应用前景非常广阔。
仿生材料可以用来制造人工器官、仿生组织、仿生假肢等。
仿生器官可以改善患者的生命质量，并可以解决传统器官移植中的一系列问题。
仿生假肢可以提高假肢的适用性和舒适度，让失去四肢的人更加方便地融入社会。
2. 机械领域在机械制造领域，仿生材料技术已经成为了前沿研究领域。
例如，仿生机械手可以自动感知物体的形状、质量、硬度等特征，实现与人类的协作，广泛应用于工业生产线。
同时，仿生材料还可以被应用于飞行器、船舶、汽车等机械制造领域，提高机械的性能和减少能耗。
3. 环境保护领域仿生材料技术还可以应用于环境保护领域。
例如，仿生材料可以被用来制造高效过滤器、污染检测器等，从而降低各种污染物的排放和浓度，减轻大气、土壤、水体等方面的污染问题。
此外，仿生材料还可以被应用于海岸护理、植被保护等方面，增强环境保护力度。
三、仿生材料面临的挑战和未来发展尽管仿生材料技术在各种领域已经取得一定的进展，但是它仍然面临着一些挑战。
结构仿生材料的应用与发展前景
一 仿生学与结构仿生材料
仿生学就是以自然界生物体的优异结构和特性为 研究对象，将 生物的结构性质、能量转换和信息过程应用于技术革新。近年 来，随着相关学科的发展及现代技术尤其是微观和宏观技术的 进步，仿生学得到了飞速的发展，特别是发达国家更是投人大 量的资金和人力抢先开展多方面的研究和产品开发。在国内， 仿生技术也受到了学术界和工业界越来越多的重视，国家自然 科学基金几乎每年都有相关的资助项目。 结构仿生材料研究是仿生学的一个重要分支，是研究生物材料 的结构特点、构效关系，进而对材料、结构、系统进行仿生模 拟，提高工程结构效率，属于化学、材料学、生物学、工程力 学等学科的交叉学科。
显微镜下的鲨鱼皮肤。
鲨鱼皮泳衣的结构，V字型可以减少游泳时水流带来的阻力。
五 仿生减振材料
为减小冲击与振动，生活于复杂地形的动物行走肌体具有良 好的缓冲振动的能力。 Royal Veterinary大学的Wilson研究了马腿的肌腱减振结构， Veterinary大学的Wilson研究了马腿的肌腱减振结构， 对马下肢的结构、缓冲机理以及作用效果进行了分析，并提 出了一种概念全新的、可应用于工程的仿生缓冲结构材料。 此外，啄木鸟头部具有优秀的减振性能，其独特生物构造也 受到科研人员的关注，为高效的整体减振结构材料设计提供 了新思路。
对早期资本主义社会的矛盾揭露
美国海军研究部门根据 海豚皮肤的结构特点， 找到一种接近海豚皮肤 的人造材料，模仿海豚 真皮层功能，仿制的 “人工海豚皮”用于潜 艇表面，还模仿鲇鱼表 面分泌的粘液，制成高 分子化合物，用来涂在 舰艇、船壳上，可减少 阻力50%，使潜艇的航速 阻力50%，使潜艇的航速 成倍提高。
参照蜣螂外壳的材料特性和非光滑表面形貌特性 , Qaisrani设计 Qaisrani设计 了仿生推土板并进行了减粘降阻试验，试验结果表明，仿生非 光滑犁壁具有较好的脱土性，可减小犁耕阻力15％～18％，节 光滑犁壁具有较好的脱土性，可减小犁耕阻力15％～18％，节 省油耗5％～12％。李建桥也在犁壁表面上随机布置凸包制成了 省油耗5％～12％。李建桥也在犁壁表面上随机布置凸包制成了 仿生非光滑犁壁，与普通犁壁相比降阻6%～12％。 仿生非光滑犁壁，与普通犁壁相比降阻6%～12％。
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二 仿生增韧陶瓷材料
陶瓷材料的脆性和如何增韧是其应用的关键问题之一，也一直 是研究的热点。人们提出过长纤维或晶须增韧补强、颗粒弥散 强化、相变增韧等多项强韧化措施，也取得了积极的成果，但 仍没有从本质上解决陶瓷材料的脆性问题 。 自然界中贝壳珍珠层的组成中虽然近95％是普通陶瓷CaCO 自然界中贝壳珍珠层的组成中虽然近95％是普通陶瓷CaCO3， 但其综合力学性能优异，特别是断裂韧性，比单相CaCO 但其综合力学性能优异，特别是断裂韧性，比单相CaCO3陶瓷 高2～3个数量级。这说明贝壳珍珠层所具有的优异力学性能与 其独特的生物结构有密切关系。 贝壳珍珠层是由文石、晶片形成增强相的层状复合材料，占总 质量1％～5 质量1％～5％的有机质填充于无机相之间。层与层间的有机质 具有三明治式夹心结钩，外夹憎水的丝心蛋白质和亲水的酸性 蛋白质 。
基体片层的成型、界面层的涂覆、片层的排布、烧结
通过在Si 陶瓷中引入BN作为弱界面层，使得裂纹在弱界面 通过在Si3N4陶瓷中引入BN作为弱界面层，使得裂纹在弱界面 层中反复偏折，消耗大量的断裂能，获得了高韧性和断裂功的 Si3N4／BN层状陶瓷材料． BN层状陶瓷材料．
三 仿生粘附材料
在上百万年的生物进化过程中，一些动物(如壁虎、苍蝇、蜜 在上百万年的生物进化过程中，一些动物( 蜂、蝗虫等) 蜂、蝗虫等)的足掌获得了最佳的几何设计和生物材料特性， 保证它们能够在各种环境、不同材料、质构、粗糙度的表面上 运动和停留。其中壁虎脚上功夫尤为神奇，能够攀墙自如、倒 挂悬梁，甚至在真空环境都能行走自如，并且路经之处不留任 何痕迹。
这种人造海豚皮厚约3mm，由3 这种人造海豚皮厚约3mm，由3层橡胶薄膜组成：外层为 光滑柔软的“表皮层”，中间为附有密集排列橡胶小立柱 的弹性“真皮层”和与甲板接触的支持层。 鲨鱼皮肤布满微小的肋条状鳞片结构，这种带肋条的表面 能有效地降低鲨鱼肌体在水流冲击中的振动，从而大幅降 低游动阻力，打破了表面越光滑阻力越小的传统观念。 Speedo公司据此研究设计了仿生游泳衣这种仿生游泳衣仿 Speedo公司据此研究设计了仿生游泳衣这种仿生游泳衣仿 造了鲨鱼的皮肤结构。在它的表面有一系列的凹槽，与鲨 鱼皮上微细结构类似。这些凹槽可以在游泳者周围产生微 小的旋涡，能有效地引导水流，降低皮肤和肌肉的振动， 从而减小阻力。
四 仿生减阻材料
1. 泥土仿生减阻材料
在生产过程中，常常遇到土壤粘附在不同机械及触土部件 上，如犁、铁锹、铲等，粘附的土壤不但影响它们的运动 及工作质量，也增加了能耗。 蜣螂生活在粘湿环境中的土壤动物能够不粘附土壤而行动 自如 ，其原因一方面是由于其体表为憎水材料，另一方面 是其非光滑几何表面形态能存储空气，使体表与土壤表面 间存在一些间隙，有效地减轻大气对土壤的空气负压作用， 从而减弱了土壤对动物体表的摩擦磨损和黏附效应，这在 流体润滑理论中可以看作是气膜润滑方式。
对早期资本主义社会的矛盾揭露
海豚是大海中的游泳健将 ，一方面是由于它的流线型体形， 另一方面是由于它特殊的皮肤构造 。 海豚的皮层结构由表皮、真 皮和由胶质纤维与弹性纤维 交错的结缔组织组成，但与 众不同的是，海豚的真皮层 上面有很多乳突，乳突之间 充满粘滞液体。这种皮层结 构在受到海水紊流的压力变 化时，流体随着压力的改变 流出或流入乳突，在此过程 中，紊流的部分能量就被吸 收，在很大程度上消除了水 流由片流变成湍流时产生的 振动，有效降低了游动能量 消耗。
对早期资本主义社会的矛盾揭露
美国海军研究部门根据 海豚皮肤的结构特点， 找到一种接近海豚皮肤 的人造材料，模仿海豚 真皮层功能，仿制的 “人工海豚皮”用于潜 艇表面，还模仿鲇鱼表 面分泌的粘液，制成高 分子化合物，用来涂在 舰艇、船壳上，可减少 阻力50%，使潜艇的航速 阻力50%，使潜艇的航速 成倍提高。
显微镜下的鲨鱼皮肤。
鲨鱼皮泳衣的结构，V字型可以减少游泳时水流带来的阻力。
五 仿生减振材料
为减小冲击与振动，生活于复杂地形的动物行走肌体具有良 好的缓冲振动的能力。 Royal Veterinary大学的Wilson研究了马腿的肌腱减振结构， Veterinary大学的Wilson研究了马腿的肌腱减振结构， 对马下肢的结构、缓冲机理以及作用效果进行了分析，并提 出了一种概念全新的、可应用于工程的仿生缓冲结构材料。 此外，啄木鸟头部具有优秀的减振性能，其独特生物构造也 受到科研人员的关注，为高效的整体减振结构材料设计提供 了新思路。
对早期资本主义社会的矛盾揭露
文石晶体与有机基质交 替叠层的排列方式是抗 脆断的关键所在，由于 有机基质层强度相对较 弱，易于诱导裂纹在其 中偏转，从而阻止了裂 纹的穿透扩展。因此， 可以把珍珠层的结构抽 象为软硬相交替的多层 增韧结构，正是这种结 构组合赋予了贝壳珍珠 层极佳的断裂韧性。
以Si3N4／BN 陶瓷为例
六 展望
通过不断从生物界获得灵感，结构仿生材料越来越向着微观 化、智能化发展，由功能材料构筑各种仿生微器件，并用之 组装不同结构和功能的仿生微系统是今后研究的重点，并将 在军事、工业、建筑业等领域获得广泛应用。仿生学是诸多 学科的交叉，尤其需要生物科学、材料科学、医学、化学和 工程力学等诸多学科技术专家的共同关注与参与。只有加强 多学科协作，才能支持结构仿生材料的深入研究，从而推动 技术创新。
2. 水流仿生减阻材料
水的阻力是影响舰船航速的主要因素，减小阻力就能有效提高 航速。水生物在漫长的生息繁衍岁月中进化出了效率很高的游 动机构及表面微结构，其表面摩擦阻力和压差阻力也都相当低。 因此，通过结构仿生学的研究，可设计出减阻效果更好的材料 微表面结构，且不会带来附加设备或额外能量消耗及空间占用， 在各种减阻技术中被认为是最有前途的方法之一
壁虎能在光滑墙壁上行走自如，甚至能贴在天花板上的原 因。他们发现壁虎的粘附力取决于物理特性而不是表面化 学特性，即取决于壁虎脚底的刚毛尺寸、形状和刚毛的密 度，这种特殊的粘着力是由壁虎脚底约200万根直径约5µm 度，这种特殊的粘着力是由壁虎脚底约200万根直径约5µm 的细小刚毛与物体表面分子之间产生的范德瓦尔斯力累积 而成的。 要制造出“蜘蛛侠手套” 还要一段很长的日子， 尤其是要像壁虎那样， 在污秽、湿润或粗糙的 东西上行走，还需要突 破众多技术难题。模仿 壁虎脚掌的物料未来可 制成“步兵攀爬服”， 士兵穿上它就可像壁虎 般飞檐走壁。
参照蜣螂外壳的材料特性和非光滑表面形貌特性 , Qaisrani设计 Qaisrani设计 了仿生推土板并进行了减粘降阻试验，试验结果表明，仿生非 光滑犁壁具有较好的脱土性，可减小犁耕阻力15％～18％，节 光滑犁壁具有较好的脱土性，可减小犁耕阻力15％～18％，节 省油耗5％～12％。李建桥也在犁壁表面上随机布置凸包制成了 省油耗5％～12％。李建桥也在犁壁表面上随机布置凸包制成了 仿生非光滑犁壁，与普通犁壁相比降阻6%～12％。 仿生非光滑犁壁，与普通犁壁相比降阻6%～12％。
结构仿生材料的应用与发展前景
一 仿生学与结构仿生材料
仿生学就是以自然界生物体的优异结构和特性为 研究对象，将 生物的结构性质、能量转换和信息过程应用于技术革新。近年 来，随着相关学科的发展及现代技术尤其是微观和宏观技术的 进步，仿生学得到了飞速的发展，特别是发达国家更是投人大 量的资金和人力抢先开展多方面的研究和产品开发。在国内， 仿生技术也受到了学术界和工业界越来越多的重视，国家自然 科学基金几乎每年都有相关的资助项目。 结构仿生材料研究是仿生学的一个重要分支，是研究生物材料 的结构特点、构效关系，进而对材料、结构、系统进行仿生模 拟，提高工程结构效率，属于化学、材料学、生物学、工程力 学等学科的交叉学科。