發布時間：2022-03-29所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：大自然中部分生物體的奇特結構以及其卓越的特性，使人類在創新、研發新型材料時，引發了無數的靈感。仿生材料學是在研究生物體材料構造和產生的過程中，參照生物材料的構造，以及其特殊構效關系，進而啟發人工材料的設計，最后建立的一種新興綜合型學科。本文分
摘要：大自然中部分生物體的奇特結構以及其卓越的特性，使人類在創新、研發新型材料時，引發了無數的靈感。仿生材料學是在研究生物體材料構造和產生的過程中，參照生物材料的構造，以及其特殊構效關系，進而啟發人工材料的設計，最后建立的一種新興綜合型學科。本文分析了當前較熱門仿生材料的研究進展，并預測了仿生材料的發展前景。
關鍵詞：仿生材料;研究
前言
大自然適者生存的法則，使生物體的構造不斷優化調整。由蛋白質、糖、礦物質、水等多種基本的生物材料，經過從微觀到宏觀不同層次的重組，產生了繁雜但異常精準有機體系，完成了多樣化的生物功能及其它功能。仿生學將大自然生物體的精妙構造，以及特性作為研究目標，將生物的結構特性、能量變換以及信息過程運用到技術創新中。近年來，由于相關學科的進步，以及當代技術特別是微觀、宏觀技術的發展，仿生學實現了快速的進步，尤其是發達國家，在仿生技術方面，傾注了巨大的資金及人力，致力于仿生學研究的多樣化以及產品的研發。在我國，學術界和工業界也日益關注仿生技術，國家自然科學基金，基本上每年都有有關的資助項目。
1.仿生材料的研究進展
(1)表面仿生超疏水材料
近年來，人們根據仿生科學而實行的多種新型材料的研發，正普遍的在各大領域推行，自然界中的超疏水現象，更是人們根據荷葉“出淤泥而不染”的情景，引發靈感而持續發展的。固體表面的潮濕性能夠通過表面以及水的接觸角來度量，一般將接觸角不超過900的固體表面，定義為親水表面。20世紀90年代，德國有一位英文名為Wilhelm Barthlott的偉大的植物學家，對于荷葉外表不沾水的獨特現象展開了大量的實驗，并根據荷葉的疏水性以及自我潔凈的關系，發現了“荷葉效應”。“荷葉效應”能夠為我們生產仿生材料提供較大的幫助。如圖1為利用“荷葉效應”而制作而成的一種防粘貼抗涂鴉涂料表面結構的原理分析。
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此后，超疏水表面引起了全球各界的巨大重視，且日益被看作是仿生納米材料技術中的一大焦點。超疏水表面在國防、工農業生產以及日常生活等眾多領域，都擁有不可估量的積極影響。比如，將其運用于降雪多發地區的戶外線纜上，能夠避免積雪，使信號保持通暢;將其運用于雨水天氣維持干燥性;將其運用于水中運輸、水下核潛艇上，能夠降低水的阻力，增強行駛速度等。
(2)聚乙烯三元復合仿生材料
納米磷灰石復合材料是根據骨組織的無機、有機復合結構而發展進步的，因其仿生性，被看作是生物醫用材料的熱門研究之一。隨著研究的進一步的開展，研究人員意識到，生物材料在組織的產生過程中，并不是長期處于被動地位，材料的表面形成、微觀構造等，都會對細胞的黏附、增殖、定向分化以及組織形成等諸多生物活動帶來極大的影響。此外，生物體系的結構、生長以及功能是密不可分的整體，所以，作為與活性細胞組織接觸，且產生互相界面影響的生物材料，更應該將宏觀、微觀作為基礎，實行多方面的結構設計，然而，社會上關于此項研究的報道依舊不多。
(3)植物葉片仿生偽裝材料
近年來，隨著光學和微電子學等學科的發展，先進的成像技術也得到發展，比如高光譜成像技術就是其中比較實用的一種技術。再結合計算機處理技術，使高光譜技術對偽裝器材或目標實現精準識別，這樣在軍事上能夠得到廣泛應用。采用新技術、新方法制備一種能夠對抗高、超光譜成像探測的新型偽裝材料，這對于提高我國國防和軍事安全有著極其重要的意義。制備能夠對抗高、超光譜成像探測的新型偽裝材料成為我國仿生材料研究的一個重要課題。
(4)仿生層狀結構殼聚糖醫用材料
有關研究人員在研討及剖析了眾多生物結構的前提下，認為在自然界中，層狀疊加結構是大部分的生物體的內在構造之一，并提出仿木年輪結構是分析的主導思路。將自然界生物體中，廣泛擁有的殼聚糖作為基礎原料，憑借膜滲透原理，構建了原位沉析技術，將殼聚糖重組為，擁有仿樹木年輪，層狀疊加結構的基本骨架材料。并在此骨架材料的根基上，通過多種方法實行重組，運用就地反應羥基磷灰石與殼聚糖納米復合，得到擁有多重仿生結構、多重性能、能夠降解的、推進骨修復的骨科材料。
2.新型仿生材料的未來前景
材料未來的發展越來越趨向復合化、性能化，而仿生材料的特性正好是這樣。仿生材料科學影響的領域異常廣泛。它的推行若成功，將會作用于生活的方方面面。第一，引起人體器官替換的改良，使生物體系統能夠人為地改進。第二，將會引起材料配備及使用的新一輪革新。例如，在常溫常壓水介質中，實現生物合成技術，此外還可以使材料自愈合化、智能化、環境化等，這些將會使人類社會發生巨大的變化。生物材料較為明顯的特點是，其擁有不同規模的組織結構。歐盟針對未來仿生學的探索主要是兩大點：仿生材料體積小型化以及性能多樣化、仿生材料的有機復合。當前，仿生材料重點研究的內容為：模仿生物內部為順應環境，而對自身性能和構造不斷優化的特點，來進一步設計生物材料方法，用來制作生物相容的醫用材料或功能卓越的工程材料。仿生材料和生物醫用、醫療材料是兩個重要的出發點。
3.小結
隨著仿生材料學的進步和相關成果的挖掘，其對社會生活的方方面面會產生極大的影響，不僅會引起人體器官替換的改良，使生物體系統能夠人為地改進，而且將會引起材料配備及使用的新一輪革新，例如，在常溫常壓水介質中，實現生物合成技術，而此前需要在高溫高壓水介質中才能完成，并且材料可達到自愈合化、智能化、環境化的標準，這將使人類社會發生巨大變化。——論文作者： *王
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