仿生材料完整版.ppt

Qu等利用化学气相沉积法,在硅基底上生长出竖直排列的多壁碳纳米管阵列,并研究了其粘附性能.碳纳米管由竖直部分及端部的弯曲部分组成,分别用来仿生壁虎脚部刚毛和铲状绒毛.当碳纳米管阵列与基底接触时,弯曲部分与基底表面的线接触有效地增大了接触面积,并且在切向力的作用下,取向基本一致(d)和(e),类似于壁虎铲状绒毛与基底的接触.为了测量该结构粘附力,取4mm×4mm大小的碳纳米管集簇与玻璃基底接触(a),碳纳米管的直径约为10～15nm,长度约为150μm,密度约为1010～1011cm?2.该样品能牢牢吊起一本重为1.480kg的书,切向粘附力约为90.7N·cm?2,达到壁虎粘附力的10倍;而法向粘附力随着碳纳米管的长度的变化由10N仅增大到20N且远小于切向粘附,并且总粘附力随着拉脱角的变化而变化.美国麻省理工学院Mahdavi等受壁虎粘附的启发,利用生物相容和生物可降解材料制备了一种仿生医用绷带,如图5所示.实验表明这种绷带即使在动物新鲜肠壁上的粘附力也能达到4.8N·cm?2.为了进一步验证绷带粘附性能的可靠性,将绷带黏贴于活的小白鼠腹部,其粘附力仍能达到0.8N·cm?2。研究者们希望这种医用绷带将来能够在伤口急救和外科手术中作为一种特殊的缝合线使用,使用非常方便,可大大减少救治的步骤,但目前该研究尚处在实验室阶段,要想在医学上广泛应用还需要克服很多难题,因为它的粘附力还达不到临床上使用的要求,这有待进一步研究.萤火虫与冷光青蛙与电子眼蝴蝶与人造卫星海豚与BMWH2R仿生学前景展望仿生学是一门多学科的交叉学科，它融合了生命科学、信息科学、脑与认知科学、工程技术、数学与力学以及系统科学等七大学科，材料的发展趋势是复合化、智能化、能动化、环境化，而仿生材料具有这几方面的特征。从材料学的角度认识，天然生物材料的结构和性能，进而抽象出更多的材料模型，这方面的工作还有待进一步的深入，而仿生材料的设计制备方法则是摆在面前的一个关键性的课题。自然界中生物的结构是通过分子的自组装形成的集合体，利用大自然的启示，通过分子自组装行为构建复合材料的仿生结构，将为复台材料的仿生设计和仿生制备提供广阔的前景。仿生学将给材料的设计和制备带来革命性的进步，具有里程碑式的重要意义，将极大地改变人类社会的面貌。参考文献[1]李瑶.仿生材料的研究进展[J].黑龙江科学,2012,3(1):32~34.[2]张文毓.新型仿生材料的研究进展[J].船舶物资与市场,2010,6:21~24.[3]房岩.仿生材料学研究进展[J].农业机械学报,2006,37(11):163~167.[4]梁伟欣.仿生超疏水性表面的生物应用[J].化学学报,2012,70:2393~2403.[5]江雷.仿生智能多尺度界面材料[C].第十六届全国固态离子学学术会议暨下一代能源材料与技术国际研讨会.2012.[6]许利苹.水下超疏油仿生特殊粘附界面材料的研究进展[J].化学通报,2012,75(7):592~599.[7]戴振东.壁虎的运动及仿生研究进展[J].自然科学进展,2006,16(5):519~523.[8]陈少华.壁虎粘附微观力学机制的仿生研究进展[J].力学进展,2012,42(3):282~293.等THANKYOU!Thanks仿生材料发展概况及前景展望仿生材料概述1.1仿生材料起源20世纪50年代以来，人们已经认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一，自觉地把生物界作为各种技术思想、设计原理和创造发明的源泉。20世纪60年代，美国科学家J.steele在第一次仿生讨论会上(1960年9月)正式提出了仿生学的概念，于是仿生学作为一门独立的学科正式诞生。20世纪80年代以来，生物自然复合材料及其仿生的研究在国际上引起了极大重视，目前正在逐步形成新的研究领域。1.2仿生材料概念仿生学（bionics）是研究生物系统的结构和特征、并以此为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的科学。它是一门生命科学、物质科学、信息科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合成的一门边缘科学。仿生材料（biomimeticmaterial）是指模仿生物的特点和特性而开发的材料。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。仿生材料学（biomimetics）是仿生学在材料科学中的分支,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。仿生材料的举例长颈鹿能将血液通过长长的颈输送到头部，是由于长颈鹿的血压很高，这与长颈鹿身体的