我国研制出有望替代塑料的仿生材料

塑料制品给现代生活带来便利,也造成环境污染.近期,中国科学技术大学俞书宏院士团队运用仿生结构设计理念,发展出一种被称为"定向变形组装"的新材料制造方法,将纤维素纳米纤维和二氧化钛包覆的云母片复合,制备出具有仿生结构的高性能可持续结构材料.     

封面说明

<正>飞秒激光微纳加工技术具有三维可设计制造、高精度、高空间分辨率、材料适用范围广等优势,在三维微纳结构制备领域显示了巨大的应用前景.近年来,随着国内外对超短脉冲激光与物质相互作用规律的深入研究,超快激光微纳加工技术不断进步,其应用领域拓展至微光学、微传感器、微电子学、微机械、微流控及仿生微纳制造等多个方向.借助超快激光微纳加工技术,一系列常规加工手段无法制备的复杂微纳结构被成     

红外光刻机

红外光刻机是电子工业,特别是硅、砷化镓等半导体器件梁式引线制造工艺中不可缺少的一项设备。我们采用国产的元件和材料,试制了一台红外光刻机(图1)。它系台式整体结构,体积较小(约380×350×400毫米),重量约28公斤左右,可以放在净化台中工作。     

爱滋病病毒的解剖

封二、三、底向我们展示了爱滋病病毒的剖析图。科学家对病毒的结构进行了研究,了解了它对人体细胞的破坏机理。封二图1上是从细胞上开始发育的病毒,图1下是侵入细胞的病毒;图2是两组(上、下)     

蜻蜓翅痣中的纳米纤维层状复合材料

通过场发射扫描电子显微镜, 观察了红蜻翅痣的截面, 发现了令人惊奇的纳米纤维层状结构: 套筒状的翅痣中存在厚度为2~3 ?m的夹心层; 夹心层由二十多层超薄纳米层逐层复合而成; 超薄纳米层的厚度大约为90~150 nm; 每层超薄纳米层由平行排列的纳米纤维黏结而成. 奇异的纳米纤维层状结构, 为理解翅痣的功能和仿生制造提供了启示.     

仿生结构及其功能材料研究进展

种类繁多的生物界经过45亿年长期的进化其结构与功能已达到近乎完美的程度, 实现了结构与功能的统一, 局部与整体的协调和统一. 仿生设计原理为创造新型结构及功能材料提供了新的方法和途径, 向自然学习是新材料发展的重要源泉. 近年来, 仿生结构及其功能材料受到越来越多的关注, 本文结合作者课题组的相关工作, 就光子晶体材料、仿生空心结构材料、仿生离子通道、仿蜘蛛丝超韧纤维、仿生特殊浸润性表面、仿生高强超韧层状复合材料、仿生高黏附材料及其他仿生材料的研究现状进行简要的综述, 并概要展望了其发展趋势.     

基于树蛙脚掌的仿生六棱柱表面边界摩擦研究

湿润环境下软材料的摩擦受固液气多介质作用,一直都是摩擦理论的难点.师法自然,我们从自然界获取灵感,由树蛙脚掌能在湿环境中产生极强的摩擦力,来研究软材料在湿环境中的摩擦特性.本文表征了树蛙脚掌的结构和摩擦力,发现在边界摩擦状态下,界面间极薄的液膜有助于增大摩擦力.在树蛙脚掌湿摩擦力的启发下,设计制造出了一种仿生六棱柱增摩表面.通过对摩擦力表征发现,其边界摩擦能达到干摩擦的50倍.与光滑表面相比,仿生六棱柱表面能够产生稳定且持久的边界摩擦力,六棱柱表面亲水比疏水也有着更优异的边界摩擦性能.该研究结论有助于人们进一步认识软材料的湿摩擦机理,可以进一步帮助设计制造更强的湿吸附仿生表面.     

双光束激光干涉制备布基石墨烯仿生表面

提出一种利用双光束激光干涉系统制备多级石墨烯仿生表面的方法.利用Nd:YAG激光的双光束干涉系统在不同织物基底上对石墨烯氧化物薄膜进行干涉烧蚀,激光脱氧还原的同时产生石墨烯微纳结构.基底织物表面粗糙结构增大了石墨烯仿生薄膜表面粗糙度.布基的粗糙基底、激光烧蚀石墨烯微纳结构的双重作用形成多级结构的石墨烯仿生表面.这种石墨烯仿生表面不仅具有超疏水润湿性,还由于石墨烯微纳结构周期性而展现一定彩虹结构色.     

溶胶-凝胶法陶瓷涂层的界面结合机制和性能

将溶胶－凝胶工艺应用于硬质合金刀片涂层,研制成功一种匠陶瓷涂层刀片。涂层完整,无宏观缺陷,并且在初步的胆实验中显示出一定效果,从而为涂层刀具制造展示了一种全新的涂层方法。重点研究了淅层的微观结构和界面结合机制。并分析了烧结温度对涂层形态的影响,利用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察了涂层的表面形貌,用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）和电子探针（ＥＰＭＡ）分析了涂层的表面和界面的成分及微观结构。     

仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备方法

以碳纳米管(carbon nanotube, CNT)和石墨烯(graphene)为代表的新一代碳纳米材料,由于其优异的力学性能和独特的结构而成为金属基复合材料的理想增强体。材料复合化可以提高金属材料的强度,但是会导致"强韧性倒置"的矛盾,从而限制高性能复合材料的开发及其在工业上的应用。启迪于自然界贝壳珍珠层的"砖-泥"结构,进行仿生层状构型设计,是解决这一问题、制备轻质高强超韧复合材料的有效手段。文章就国内外仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备工艺进行综述并提出一些思考。     

仿生水稻叶表面制备及其润湿性研究

自然界中,水稻叶表面具有对水滴的各向异性滚动特性.正是由于这种优良的特性在功能表面、微流体等领域广泛的应用前景,水稻叶仿生研究逐渐成为研究热点.虽然最近有研究者成功地仿生了水稻叶的微结构和功能,但是技术手段比较复杂,也不能进行大面积制备.采用一种二次转写的方法来制备仿生水稻叶表面.所制备的表面能精确复制天然水稻叶表面的微纳结构,并能表现出良好的静态超疏水性.在动态疏水性方面,仿水稻叶表面也体现了非常明显的各项异性滚动特性.系统的测量表明平行叶脉方向和垂直叶脉方向的滚动角分别为25°和40°.这一技术快捷、可靠、无需昂贵的设备和复杂的工艺,实现了水稻叶大面积快速制备,在仿生功能表面方面有着广泛的应用前景.     

仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备方法

以碳纳米管(carbon nanotube, CNT)和石墨烯(graphene)为代表的新一代碳纳米材料，由于其优异的力学性能和独特的结构而成为金属基复合材料的理想增强体。材料复合化可以提高金属材料的强度，但是会导致“强韧性倒置”的矛盾，从而限制高性能复合材料的开发及其在工业上的应用。启迪于自然界贝壳珍珠层的“砖-泥”结构，进行仿生层状构型设计，是解决这一问题、制备轻质高强超韧复合材料的有效手段。文章就国内外仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备工艺进行综述并提出一些思考。     

地球科学的研究

本期封底刊载了30年来地球科学研究领域的科学图片。图1是探索者号卫星展示的环绕地球的强辐射图;图2是苏联人造地球卫星Sputnik;图3是跟踪     

研制中的新一代仿生人

目前，欧美科学家在仿生学方面进行着广泛地研究，他们即将推出以塑料肌肉和硅芯片有机结合制作的仿生人，令人难以分辨真人与机器人。仿生装置除了替代残疾人体部位外，在防御和治疗疾患上正日益显现出难能可贵的应用潜力。在美国新墨西哥州立大学一所杂乱喧嚣的实验室内，一架人体骨骼复制品轻盈悠然地踩着一辆练习用自行车。这绝非别出心裁的人体技艺展示，人称博尼（Bony）先生的仿生人正在用电池驱动的人工肌肉蹬踏自行车。40年前，瑞典工程师阿尼·拉尔森（ArneLarsson）在首都斯德哥尔摩的卡罗琳斯克研究所研制出第一台完全植入式…     

超临界流体技术制备一种具仿生结构的微孔复合材料

采用超临界流体技术制备出一种新型具有仿生结构的微孔复合材料。该材料具有明显的类似竹木的仿生结构,其皮层富集高强度热致液晶聚合物的取向微纤,芯部富集聚苯乙烯微孔。同时,该皮芯结构可以通过改变温度、压力等加工参数来控制微孔的直径和密度。通过改变试料组成方便地控制皮层厚度。     

读图时代

展示毒刺的蝎子孙安珍/文·图一只沙漠蝎带有一个长长的尾巴,尾巴末端有一枚毒针——沙漠蝎展示毒针的目的,一是随时准备捕猎;同时也是对猎食者的无声警告。     

前景无限的仿生交通工具

我们知道,现代种种交通工具,要想正常工作,都需要一定的工作条件与环境。修路架桥,火车、汽车才能正常运行;有站有港,车辆、轮船、飞机才能正常起停。而生存在自然界中的各种各样的动物却能在各种恶劣复杂的环境中生存与运动,这是因为其运动器官和形体与恶劣复杂环境斗争进化的结果。仿照动物的某些特点与本领,人们利用现代仿生技术制造出了一系列现代新型的仿生交通工具。     

纳米碳复合材料的结构设计和功能仿生

高含量纳米碳复合材料能够更好地体现碳纳米管等纳米材料自身的性质.借助自然材料的结构设计和整合思想,使得高含量的纳米碳组装结构体及其复合材料具有结构的合理化、性能的优异化、材料的可控化和应用的高效化,这种方法也将成为未来纳米复合材料发展的重要方向.本文主要介绍了高含量仿生纳米碳复合材料加工过程、结构和界面的仿生设计思想,以及其在仿生智能驱动中的应用进展.     

科技前沿

<正>科学家成功用金属造出"玻璃"长久以来,材料科学家一直在探索使用纯净的、单原子金属来制造"玻璃"。匹兹堡大学机械工程与材料科学系的研究者完成了这一"壮举"。金属玻璃十分特别,它的结构并不是透明的(因为主体为金属),原子随机排列。这种材料商业用途广泛,因为它具备较高的强度,且制造工艺简单。研究者声称,该发明涉及到一项新技术——在原位投射电子显微镜下进行纳米级冷凝,这一技术是研究取得成功的关键。     

用病毒制造电池

要生产微型电池．就需要纳米电极和导线．而用金属丝来制造这些元件要求高温高压的极端环境．成本大，设备要求高。为此．负责这项研究的麻省理工学院贝尔彻教授决定向自然界学习．希望制造一种仿生材料。她最先想到的是神经纤维，动物的神经纤维末梢就是一种天然的纳米导线．它们可以传递神经电信号。由于人造神经纤维的生产成本十分高，难度特别大，他们放弃了这一计划。