仿生材料设计与制备的研究进展

自然界中一些生物体的优异结构和特性给人类在不断制造和更新新型材料的过程中带来灵感和启发．根据这些生物体的优秀特征综述仿生材料的主要设计思想和方法，重点分析目前一些典型仿生材料如仿生复合材料、仿生陶瓷材料、仿生纳米材料和仿生涂层材料等设计和制备研究的新进展和存在的困难，并提出一些新的材料设计思想方法和制备的模型，对仿生材料的设计和研究等均具有指导意义，最后则展望了仿生材料的发展前景．     

新型仿生智能材料研究进展

 仿生智能材料是20世纪90年代兴起并蓬勃发展的一类新型先进功能材料，已成为一个涉及材料学、化学、物理学和生物学等多学科的前沿交叉研究方向，对推动材料科学与工程创新发展具有重要意义。研发仿生智能材料的本质是通过学习和模仿自然界生物体的化学成分、材料结构和功能特性，将仿生理念与材料制备技术相结合，优化设计并制备结构功能一体化和功能多样化的新型先进材料体系。综述了近年来仿生智能材料领域所取得的一系列有创新意义和实用价值的研究成果，包括防冰涂层材料、海洋防污材料、自修复自愈合材料、红外隐身材料、水下黏结材料等，评述了这些新型智能材料的仿生设计原理、制备加工技术和发展前景。     

文具也在进化

可以被擦掉的圆珠笔笔迹，能擦掉杂志上的印刷油墨的橡皮，写出的字会散发香味的笔芯…… 圆珠笔、自动铅笔、橡皮……这些都是我们日常使用的工具，俗称文具。近年来，这些文具的功能日益增多，不断地“升级”。比如写了错字可以马上擦掉的圆珠笔、记号笔，可以擦掉印在杂志上的字的橡皮。这些颠覆人们日常所知的新功能不断涌现。让我们一起来看看这些新功能背后的科学原理。     

《中国学术期刊文摘》综述文摘选登

<正>仿生学与天然蜘蛛丝仿生材料刘全勇(北京航空航天大学化学与环境学院,北京100191)采用仿生学原理,设计、合成并制备新型仿生材料是近年来快速发展的研究领域。天然蜘蛛丝是一种生物蛋白弹性体纤维,具有高比强度(约为钢铁的5倍)、优异弹性(约为芳纶的10倍)     

多金属氧酸盐结构研究的新进展

当前,一大批结构新颖的多金属氧酸盐被合成出来,这些化合物大致可分为以下四类:(1)高核轮簇状多金属氧酸盐;(2)充当模板剂的多金属氧酸盐;(3)以多金属氧酸盐为建筑块的高维孔状的有机-无机杂化材料;(4)仿生化的多金属氧酸盐。     

几何非线性连续体结构拓扑优化仿生方法

利用基于Wolff法则的仿生方法对几何非线性、线弹性连续体进行拓扑优化.该仿生方法中引入构造张量作为设计变量用于描述设计域内各点处材料微结构的几何特征及其宏观弹性本构.同时,引入参考应变区间并结合Wolff法则用于确定结构中某点处材料的更新方案.考查了结构最优拓扑的网格依赖性以及参考应变区间对结构的最优拓扑及材料分布的影响.数值算例表明,结构的最优拓扑无网格依赖性.几何非线性线弹性连续体结构的最优拓扑明显地依赖于参考应变区间的选取.如果参考应变区间长度为零且荷载为指定位移时,按同比例改变荷载及参考应变区间上确界,可得到相近的最优拓扑和材料的分布.     

仿生叠层复合材料的研究现状与发展

一些天然的生物材料在结构和性能上具有优异的匹配性 ,这些结构特征为人工合成复合材料提供了一些有益的启示 文中在分析某些天然生物材料的强韧化机理的基础上 ,系统地介绍了仿生复合材料尤其是叠层复合材料的仿生设计原理、制备方法、主要研究内容和现状 指出考虑工艺参数的影响 ,制备出材料并建立相关条件下的仿生模型 ,对材料在应用领域的发展具有积极意义     

吹制式家具

一般的家具都是用木头制作的,虽然很结实,但也很笨重,搬运起来非常费力。我设计的吹制式家具是用有韧性的钢化橡皮材料制成的,它不仅结实,而且有弹性、很轻。使用时,只     

机器人柔弹性仿生电子皮肤研究进展

仿生电子皮肤触觉传感器是实现机器人智能化发展的先决条件,机器人等复杂的三维载体表面或活动关节部位接触压力感知的可延展的柔弹性电子皮肤高柔性、高弹性和灵活可调等适形性要求高且具有广阔的应用前景。由于常用的无机半导体材料和金属材料及其化合物断裂极限应变较低,难以满足可延展的柔弹性电子皮肤的要求,因此,具有可延展性的二维纳米膜、纳米带或一维纳米线等电极或互联导体得到广泛应用;基于力学屈曲的薄膜-基板结构和纳米级导电元件的结构设计可有效改善无机材料的受力情况,明显提高材料整体的可拉伸性;采用纳米制造等新型技术制备的新型材料和结构一体化使得可延展的柔性电子皮肤的柔弹性显著提高。高柔弹性仿生电子皮肤触觉传感器可提高机器人的环境适应性,有利于机器人与人类之间建立起一种新型的人机共融模式。     

仿生叠层复合材料的研究现状与发展

一些天然的生物材料在结构和性能上具有优异的匹配性,这些结构特征为人工合成复合材料提供了一些有益的启示。文中在分析某些天然生物材料的强韧化机理的基础上,系统地介绍了仿生复合材料尤其是叠层复合材料的仿生设计原理、制备方法、主要研究内容和现状。指出考虑工艺参数的影响,制备出材料并建立相关条件下的仿生模型,对材料在应用领域的发展具有积极意义。     

科学家聚焦仿生学

仿生学(bionics)是模仿生物的科学，即研究生物系统的结构、物质、功能、能量转换、信息控制等特征，并将它们应用于技术系统，以改善现有的技术工程设备，创造新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等的科学，是应用生物学的分支，是生物学、数学、工程技术学之间的交叉学科。仿生学的任务是研究生物系统的优异能力及产生原理，将其模式化。再运用于新技术设备的设计与制造，或者使人造技术系统具有类似生物系统的特征。仿生学的研究内容十分广泛，小至微观世界的分子仿生，大至宏观世界的宇宙仿生，主要包括：(1)电子仿生。模仿动物的脑和神经系统、感觉器官、细胞内和细胞间通信、动物间通信等，研制多种人工神经元电子模型和神经网络、高级智能机器人、电子蛙眼、鸽眼雷达系统以及模仿苍蝇嗅觉系统的高灵敏小型气体分析仪等；(2)控制仿生。模仿动物体内稳态调控、肢体运动控制、定向与导航等，研制蝙蝠和海豚动物的超声波回声定位系统、蜜蜂的“天然罗盘”、鸟类和海龟等动物的星象导航、地磁导航和重力场导航系统等；(3)机械仿生。模仿动物的走、跑、飞、游等运动，运用机械结构和力学原理，研制昆虫步行机等机械装置，寻求车辆、舰船、飞行器的最佳设计原理；(4)化学仿生。模仿光合作用、生物合成、生物发电、生物发光等；(5)医学仿生。包括人工脏器的研制、生物医学图像识别以及医学信号的分析处理等。此外，还在研究建筑仿生、农业仿生等。     

连续体力学

应用力学有三个分支：刚体的静力学和动力学、材料力学和流体力学一直是作为两个重要的专门领域发展的。统一固体力学和流体力学也已经逐渐发展成为一个重要的领域了。近来创造了许多新材料和复杂的材料，需要较好地应用这些材料，流体和固体材料的热力学性能之间的基本差别不再明显，在许多成形过程中，虽然固体材料仍处于固相，但它们的行为象流体，需要分析和模拟这些成型过程，现代的工程材料可以显示线性或非线性弹性、黏性、黏弹性、塑性、黏塑性或黏-弹-塑性。     

仿植被高光谱伪装材料技术研究进展

 近年来高光谱成像技术迅速发展，在军事领域应用十分广泛，这既为军事侦察带来了巨大机遇，也为军事伪装带来了前所未有的挑战。分析了高光谱成像探测技术对伪装隐身技术产生的威胁以及传统高光谱伪装材料与技术面临的巨大困境，分别从植物伪装技术、基于无机颜料的仿生伪装、基于叶绿素的仿生伪装等材料体系阐述了模拟植被背景的高光谱伪装材料与技术研究现状，指出现有高光谱伪装材料与技术中仿生伪装技术存在仿生材料无法精准模拟绿色植被的特征吸收峰、稳定性及耐久性较差、材料整体厚度大，难以实现实际的大规模应用等弊端，在此基础上提出基于活体生物的“生态伪装”技术伪装对策，指出改进“仿生伪装”技术和优化“生态伪装”技术为高光谱伪装材料与技术的未来发展方向和趋势。     

仿生新材料的应用及展望

 仿生材料的最大特点是可设计性,运用仿生的手段可以将自然界生物材料的结构及功能赋予人工制造的智能化材料。综述了目前仿生新材料在信息通信、建筑行业、生物医疗、节能减排等领域的应用,分析了仿生材料在未来的应用方向,并对仿生材料的前景提出了展望。     

穿戴电子可拉伸材料的制备与应用

 可拉伸材料的出现解决了智能设备的刚性问题，使得智能设备能够实现柔弹性。综述了超薄材料、织物以及生物可降解材料等可拉伸材料的最新研究进展与发展方向，包括超薄材料、织物材料、生物可降解材料等；介绍了可拉伸材料在可拉伸电极、储能设备及晶体管传感器等方面的应用；指出可拉伸材料存在材料导电性和拉伸性的平衡问题、可拉伸电极的不透气性和舒适度较差问题，探讨了其未来发展的机遇与面临的挑战。     

新型笼形包合物具有极强热电性能

笼形包合物是指拥有很多微小的笼状结构并能将单个原子“关”在其中的晶体，这些原子能够显著改变晶体的材料特性。据物理学家组织网9月22日报道，     

仿生人工骨修复材料研究

骨缺损修复材料是临床需求量最大的生物医用材料之一.自体骨和异体骨移植的局限性使得研发优异的人工骨修复材料意义重大.通过模仿天然骨本身的成分、结构特性及生物矿化过程,对材料的组成、结构进行设计与调控,可以获得新型仿生人工骨修复材料,这已成为生物材料发展的主要趋势之一.文中概述了仿生人工骨修复材料的研究进展,重点介绍本课题组的相关研究,即类骨微纳米磷酸钙矿物的仿生合成、生物医用高分子仿生纳米纤维支架的制备和具有多级孔结构的自固化磷酸钙基骨修复材料的构建.     

仿生学在机械设计中的应用

本文阐述了机械仿生设计的概念与内涵,介绍了机械结构仿生设计、运动机构仿生设计、材料仿生设计和控制仿生设计等主要内容及其进展.归纳了机械仿生理论与机理研究、计算机辅助仿生设计、仿生控制与系统集成、仿生机器人设计等机械仿生设计的主要研究方向,最后指出在机械仿生设计中应注意的问题.     

小小啄木鸟

啄木鸟是一种益鸟，被人们称为“森林医生”。它有许多能帮助它捕食害虫的秘密“武器”哦。它的舌头长在鼻孔里，细长而富有弹性，能伸出喙外达12厘米，舌尖上有短钩，舌面上布满黏液。啄木鸟的头骨十分坚固。大脑周围有层绵状骨骼，内含液体，能对外力起缓冲、消震作用。它的脑壳周围还有减震肌肉。在这些“武器”的帮助下，啄木鸟可以轻松地啄...     

仿生材料研究综述

生物与环境长期相互作用下形成了优异的功能与完美的结构,新型材料的发展对于推动社会进步的重要性不言而喻。仿生科学作为新型结构功能材料的研发新思路得到突破性发展。从一些天然材料的复合结构和优异功能出发,介绍了仿生材料的特点及其研究领域的一些成果。天然复合材料优良的力学性能,与材料的微观结构有显著直接关系。以天然材料作为设计思维的来源制作出高性能仿生材料,主要包括结构仿生材料与功能仿生材料,已经被应用于社会生产的多个领域。随着科技发展,计算机模拟作为一种高效、经济环保的设计方式,对于仿生材料发展有极大地推进作用。