仿生材料的奇妙应用教案.pptx

;;;;蜜蜂构筑的六角型蜂巢结构比任何圆形或正方形的结构更强有力，能承担来自各方的外力；且这种蜂窝结构是蜜蜂采用最少的蜂蜡建造成的。;?1．在航天上的率先使用 从上世纪30年代最早的用于制造飞机的夹层结构的六角型铝蜂窝芯，到70年代美国波音公司的Boeing747飞机率先使用非金属的蜂窝复合板作为飞机的地板，到如今，蜂窝复合材料已在飞机、火箭及太空飞船等航空航天器上得到广泛的使用。; 2．应用于家具板材 传统的家具都是用木材制作的，这样无疑会消耗巨大的木材资源，导致资源日益减少，而以蜂窝纸芯为基础的蜂窝结构板的基础材料，在两面复合传统的木质面层，从而减少木质材料的使用量。 特点：省材料，强度大，质轻;3．应用于包装材料（蜂窝纸芯复合板） 1）强度高。一克重的蜂窝状纸能承受800克的重力不变形，是五层瓦楞纸板的20-75.6倍。;贝壳??珠层是一种天然的无机-有机层状生物复合材料，由碳酸钙(约占95%)和少量有机基质(约占5%)组成。整个贝壳体系的抗张强度是普通碳酸钙的3000多倍。这种良好的力学性能归因于珍珠层独特的微观结构。;层状陶瓷基复合材料，模拟了自然界中贝壳的珍珠层的复合结构。采用层状结构，在脆性陶瓷材料中加入耐高温软质材料，制成层状复合材料。如常选用高强、高硬的陶瓷（如Si3N4、AI2O3、SiC等）来模拟珍珠层中的硬层，选用硬度较低、弹性模量较小的陶瓷（如BN、石墨等）或金属（如AI、Ni、W等）模拟珍珠层中的软层，最终制得“砖-泥”结构高强韧复合材料。;竹子具有良好力学性能的生物体 。它 强 度 高 、 弹 性 好 、 性 能 稳 定 , 而 且 密 度 小 (只 有0 . 6～1 . 2 g / c m3)，虽然钢材的抗拉强度为竹材的 2 . 5 ～3 . 0倍 ,但钢材的密度却为竹材的 10 倍左右 , 因此 , 按比强度计算 ,竹材的比强度比钢材高出 3～4 倍 。;有学者据竹子微观结构提出仿生纤维模型如图，实验表明其压缩变形要比普通纤维高3 倍以上。受其多层、渐变概念的启发, 为纤维增强金属基复合材料设计的多层梯度界面模型是过渡层/ 阻挡层/ 润湿层, 碳纤维/A l复合材料实验结果表明, 其高温强度比未仿生的高出5 倍以上. ;;实例 （性质+应用）;材料;性质;性质;性质;;壁虎在脱黏过程中刚毛的角度十分重要，唯有在某个临界角度下刚毛才能轻易脱 黏。经过大量实验研究，人们得到该临界角约为30度左右;;美国斯坦福大学在2006年研发出一种仿壁虎机器人，称之为“粘虫”(Stickybot);在《蜘蛛侠2》里有个镜头，蜘蛛侠用蜘蛛丝duang地一下拉住了火车，在电影里这显然是加了特技，常人看来不可思议。;;;;接触角大于150度，滚动角小于10度; ;荷叶表面的扫描电镜照片，其表面微纳米的二级阶层结构;新应用：沙漠集水器; ;超疏水性自清洁涂料;;;Ref:Fracture-mechanics studies of crack healing and welding of polymers.J Mater Sci, 1981, 16: 204-210;Ref:NATURE | VOL 409 | 15 FEBRUARY 2001|794;Ref:10 June 2007; doi:10.1038/nmat1934;树脂;多数自愈合凝胶都是通过非共价键或可逆共价键来实现其自愈合性能的。 从本质上来说, 可逆动态共价键都属于动态建构化学。(constitutional dynamic chemistry, CDC);Ref:Macromol. Rapid Commu n. 2011, 32, 1253–1258;Ref:Macromolecules, Vol. 43, No. 3, 2010;;仿生薄膜材料;从生物膜谈起;生物膜的研究价值——为什么要人工模拟生物膜？;仿生薄膜材料的应用;用途一：作为生物膜研究的模型;用途二：生物活性分子的分离膜;用途三：处理工业污水;