结构仿生材料的研究进展

自然界中生物体的优异结构和特性给人类研究材料带来了灵感和启发.借鉴这些生物体的优秀结构特征是结构仿生材料的主要设计思想和方法.重点阐述了仿生增韧陶瓷材料、仿生粘附材料、仿生减阻材料、仿生减振材料和仿生系统应用在设计和制备方面的研究进展,并展望了结构仿生材料的发展前景,强调了多学科协作的重要性.     

仿生结构复合材料研究现状

综述了贝壳珍珠层、蛛丝结构、竹材外密内疏结构、植物的根部网状结构以及骨骼哑铃型结构等天然生物材料的结构特征及其相应的仿生材料近年来的研究进展,展望了结构仿生材料的应用前景.认为应对现有生物体的结构特征与其性能的相关性进行进一步的研究,从材料科学角度研究它们的规律,进行仿生设计,以推动仿生材料学的发展.     

仿生材料的研究现状

简要地介绍了贝壳珍珠层天然生物材料的结构特征，进而综述了仿生材料的研究现状。     

结构仿生的研究进展

综述了结构仿生的研究进展,介绍了目前生物表面结构,尤其是昆虫的表皮结构的研究,还介绍了纳米/微米复型技术及其应用,并展望了这一技术在制备类昆虫表皮微结构中的应用前景.     

天然铠甲高效防护的材料学机理

总结了天然铠甲材料的三种共性组织结构特征及其内在强韧化机理,归纳出三种典型的生物力学效应,包括梯度结构取向效应、原位结构再取向效应和多级"缝合"界面效应,并提出了相应的仿生材料结构优化设计原则.生物力学理论的完善和多种仿生结构的综合应用,有利于使用新型仿生材料更好地解决实际工程问题.     

整合结构的仿生设计

自从1981年Cyril Stanley Smith基于系统方法学提出材料的功能、性能、结构与制造整合链模型以来,面向机器和临床实践的仿生设计得到广泛研究．整合结构的概念来源于生物科学,它表示将不同的结构组合在一起而成为一种新型的结构．典型的整合结构有梯度结构、多孔结构、分形结构与复合结构等．由于自然材料结构的几十亿年的进化,病毒、细菌、植物与动物组织的自然结构与人造机械结构相比,具有明显的优越性．     

仿生纳米结构材料

自然界中有很多值得人类借鉴的地方。在几千万年的进化过程中,生物体创造出各自独特的功能,如坚硬的贝壳、绚丽的色彩等。当前的研究表明,这些独特的性能都与生物体自身在微观尺度上的材料组装结构有关。随着纳米技术的发展,现代纳米材料的应用逐渐摆上议事日程。而在众多纳米材料的特殊性质中,通过特定的组装方法将材料加工成特殊的结构,并显示出微观和宏观的双重功能,正逐渐成为当前材料科学研究的热点之一。模拟生物矿化是其中的重点研究方向之一。通过对贝壳等生物矿物组织和结构的研究,探讨其生长机理,从而发掘出合适的化学和物理组装方法,构筑类似依靠生命体所创造的材料正是目前模拟生物矿化的工作重点。本文从生物体中的纳米现象出发,阐述了生物体合成纳米材料的过程,及其对现代纳米材料研究的借鉴作用。     

仿生防污材料的研究进展

船舶表面的生物污损会带来极大的危害,如何防除生物污损已成为一个世界难题。尽管氧化亚铜等有毒防污剂可以有效防止海生物的附着污损,但这类防污剂对非目标生物也具有负面作用,可能带来严重的生态问题。随着国际社会对有毒防污剂和海洋环境的日益关注,发展环境友好型防污材料已势在必行。人们经常观察到自然界许多生物并没有被其它生物种类寄生聚居,这是因为在自然界中生物自身存在着各不相同但极为有效的防污机制,包括化学性质、物理性质、机械清理、生活习性,以及各种防污机制的组合等,这为研制环境友好型仿生防污材料提供了依据。综述海洋环境中仿生防污材料的研究进展,重点介绍了基于生物防污剂、表面微结构、水凝胶、抗蛋白吸附等特性进行防污的仿生材料研究,并阐述了我国在该领域已经取得的重要技术突破和主要技术成果,展望了仿生防污技术的发展趋势。     

聚乳酸接枝多糖类生物仿生材料的研究进展

聚乳酸与多糖都是生物可降解、生物相容性材料,将聚乳酸的力学性能优越性和多糖的生物学优越性能综合利用起来,设计生物仿生材料是一种制备生物医用材料的新手段。文中综合讨论了聚乳酸与多糖接枝改性的最新研究进展,同时对于这类生物仿生材料目前存在的问题以及前景进行了评估。     

鲨鱼盾鳞肋条结构的减阻仿生研究进展

鲨鱼体表覆有一层细小的盾鳞(Placoid scale),盾鳞上的脊状突起称为肋条(Riblet),肋条之间构成具圆弧底的沟槽.这种沟槽形态的鲨鱼盾鳞肋条结构(Riblet surfaces)具有良好的减阻作用.从盾鳞的结构、形态和功能出发,详细介绍了鲨鱼盾鳞肋条结构减阻相关的流体动力学机理及其仿生材料模型的设计与测试方法,概括了目前肋务结构仿生材料的减阻应用情况,并展望了其未来的发展方向.     

电磁屏蔽复合材料的屏蔽性能预测

建立了填充椭球颗粒电磁屏蔽复合材料等效电磁参数的物理模型,基于变分原理和电磁波传输理论推导出其电磁屏蔽性能的预测公式,计算了不同填充条件下复合材料的屏蔽效能及反射率,分析了填料显微结构特征(浓度、形状、尺寸、分布方式)对复合材料屏蔽性能的影响规律.结果表明,复合材料屏蔽效能和反射率随填料填充浓度、长径比的增加而增大;针形和片形填料优于球形填料且定向分布好于随机分布;材料的反射率在特定的填充浓度及填料尺寸下存在峰值。屏蔽效能的计算结果与实验上填充球形银包羰基铁和镀镍短碳纤维的屏蔽复合材料的测试数据拟合较好。     

白钨矿型钼酸锶基材料的研究进展

具有白钨矿结构的钼酸锶基材料,在发光、光探测、光调制等多个领域中有广泛应用。结合作者及所在课题组10多年的相关研究结果和国际研究状况,总结了白钨矿型钼酸锶基材料的研究进展;分析了钼酸锶基固溶体材料的研究现状;归纳了钼酸锶基材料的研究新动向;展望了白钨矿型钼酸锶基材料的发展趋势。     

Ca(Na)-Co-O基热电氧化物研究进展

介绍了钴基氧化物热电材料研究现状及前景.重点介绍了具有潜力的Na/Ca-Co-O热电氧化物材料的结构、热电性能特征、制备等研究现状;并对Na/Ca-Co-O基热电氧化物Na/Ca位和Co位掺杂研究进行了评述;最后指出了钴基氧化物热电材料的应用前景和研究方向.     

聚乳酸组织工程支架表面涂覆钙磷盐的工艺研究

提出了以聚乳酸／钙磷盐／胶原的骨组织工程支架快速成形制造的材料系统，对比了两种在聚乳酸(PLA)表面涂覆钙磷盐的工艺．一种是将聚乳酸组织工程支架浸泡在模拟体液中采用平衡反应法沉积钙磷盐；另一种是在聚乳酸薄膜上采用非平衡反应法沉积钙磷盐；系统地研究了沉积时间和沉积量、钙磷摩尔比和相结构演变的关系；通过控制反应时间和调整反应物配比获得磷酸四钙(TetCP)-PLA和无定形磷酸钙(ACP)—PLA等材料组合；并对所获得的复合材料进行生物相容性试验．对比试验证明细胞在材料表面生长良好，采用两种方法涂覆钙磷盐均改进了聚乳酸的生物相容性．     

仿生材料在集水领域应用的研究现状

目前,淡水资源紧缺已经成为一个全球性的难题,特别是在一些干旱和欠发达地区,问题更加严峻。在自然界中,许多生物能够从雾气中获得水分,这为开发新颖的功能性集水材料提供了灵感。最近,在实际应用和基础研究方面,仿生集水材料作为一个热门的课题越来越受到人们关注。本文总结了纳米布沙漠甲虫、仙人掌和蜘蛛丝的集水机理,并叙述了仿生材料的合成、功能和集水效率,以及最近几年仿生材料新的发展。最后,对仿生集水材料在制备和应用过程中存在的主要问题进行总结并对未来发展趋势进行展望。     

贝壳珍珠母增韧机理研究进展

基于国内外对贝壳材料微结构研究的实验照片与力学性能的研究成果,描述了贝壳珍珠母独特的微观结构,包括无机层与有机基质层"砖-泥"式交错层叠结构、文石层波纹表面和文石表面纳米凸起与矿物桥结构等,同时也揭示了贝壳珍珠母微结构对其韧性的增强机理。对国内力学家近年来提出的微观结构"缺陷不敏感"增韧理论进行了理论阐述。     

仿生超疏水涂层材料研究新进展

介绍了有关固体表面润湿性模型和构建超疏水表面涂层常用的低表面能物质,结合粗糙表面的构建方法,阐述了有关超疏水表面涂层材料的最新研究进展,指出超疏水涂层材料研究中存在的问题,并对超疏水涂层材料在油品输送、生物传感器,微流控件和智能分离膜等领域的应用前景进行了展望.利用低表面能物质对粗糙结构表面进行修饰,将涂层表面粗糙化与低表面能物质修饰两种技术进行有机结合是构建超疏水表面涂层的有效途径.