仿生材料課件

神奇的仿生材料報(bào)告人：毛鯤學(xué)號：1500931136課堂號碼：95號日期：2015年12月3日神奇的仿生世界模仿水母的水下微型機(jī)器電子眼電子皮膚仿生牙齒仿生材料是指模仿生物的各種特點(diǎn)或特性而研制開發(fā)的材料。通常把仿照生命系統(tǒng)的運(yùn)行模式和生物材料的結(jié)構(gòu)規(guī)律而設(shè)計(jì)制造的人工材料稱為仿生材料。

它是指從分子水平上研究生物材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、構(gòu)效關(guān)系,進(jìn)而研發(fā)出來的新型材料。一、何為仿生材料菲爾普斯與鯊魚皮二、仿生材料的研究現(xiàn)狀1、力學(xué)功能仿生20世紀(jì)末，美國生物學(xué)家安妮穆爾發(fā)現(xiàn)，黑寡婦的蜘蛛絲有很高的斷裂強(qiáng)度。

后來加拿大科學(xué)家通過山羊產(chǎn)出的蛛絲蛋白制作出可降解的生物鋼，其強(qiáng)度是鋼的十倍，用蛛絲纖維制作的布料其強(qiáng)度是防彈衣的十幾倍。天然纖維是優(yōu)良的材料通過對天然纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，纖維素為線型高聚物，它的大分子之間不僅有范德華力的相互作用，還有使分子平型排列緊密結(jié)合的氫鍵的作用。

纖維素分子之間排列整齊緊密程度與纖維的強(qiáng)度呈線性關(guān)系，從表1中可以看出這幾種天然纖維雖然密度比較小但是都具有較高的比強(qiáng)度和拉伸模量。2、力學(xué)結(jié)構(gòu)仿生

復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)異性能往往超越單一結(jié)構(gòu)材料，其中貝殼的珍珠層是由片狀文石交錯排列成層，單個文石之間用機(jī)質(zhì)填充。

圖中貝殼的斷裂方向垂直于片狀文石層時有機(jī)體起到了緩沖減壓的作用，增大了文石層間的相互作用力，拔出文石晶片所做的功得到提高，導(dǎo)致部分沿文石片邊緣斷裂變?yōu)榇┻^文石片斷裂，并改變應(yīng)力的單一方向，產(chǎn)生多方向的轉(zhuǎn)變，應(yīng)力的不斷偏轉(zhuǎn)改變使裂紋路徑增加，阻力相應(yīng)增大。

貝殼的這一復(fù)合結(jié)構(gòu)使其具有了優(yōu)異的力學(xué)性能，貝殼的韌性是文石的1000倍硬度是文石的2倍，是普通碳酸鈣材料的3000倍。故新時代的建筑可以得到很好的加固。3、仿生多孔材料多孔材料具有比強(qiáng)度高、比面積高、密度小等特點(diǎn)。可以通過水熱合成，壓縮燒結(jié)等方法制作而成。天然多孔材料孔道結(jié)構(gòu)的排列及規(guī)則程度差異很大。海膽刺是一種多孔材料，生物的這種孔道結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的傳輸有關(guān)聯(lián)，海膽的這種三維多孔結(jié)構(gòu)能減輕自身的重量，并且具有優(yōu)良的力學(xué)功能。

海膽是生存4.5億年的古老生物分布十分廣泛從海岸邊甚至5000ｍ的深海能抗擊巨大海水的能量。故我們應(yīng)用這一仿生技術(shù)，可以建造堅(jiān)不可摧的建筑。5、仿生傳感器仿生傳感器的研發(fā)一直是研究熱點(diǎn)，研究的范圍越來越廣泛。有視覺傳感器、嗅覺傳感器、觸覺傳感器等。

我國科學(xué)家用納米材料制作出仿生電子皮膚，原理是將靈敏度高的導(dǎo)電納米材料與微納米結(jié)構(gòu)柔性基底有效結(jié)合，導(dǎo)電材料在受到微小壓力時能發(fā)生電信號的變化，把壓力轉(zhuǎn)換成可以識別的信號。

這種仿生觸覺傳感的電子皮膚，能準(zhǔn)確感知并獲取微小壓力變化的人體電流信號對人體的生理狀態(tài)進(jìn)行及時檢測，之后進(jìn)行邏輯思考并相應(yīng)調(diào)節(jié)控制。6、根據(jù)蝙蝠超聲定位器的原理，人們還仿制了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內(nèi)裝一個超聲波發(fā)射器，盲人帶著它可以發(fā)現(xiàn)電桿、臺階、橋上的人等。如今，有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成。7、模擬藍(lán)藻的不完全光合器，將設(shè)計(jì)出仿生光解水的裝置，從而可獲得大量的氫氣。8、根據(jù)對人體骨胳肌肉系統(tǒng)和生物電控制的研究，已仿制了人力增強(qiáng)器——步行機(jī)。9、現(xiàn)代起重機(jī)的掛鉤起源于許多動物的爪子。10、屋頂瓦楞模仿動物的鱗甲。四、仿生科學(xué)的應(yīng)用前景仿生機(jī)器人是指模仿生物、從事生物特點(diǎn)工作的機(jī)器人。目前在西方國家，機(jī)械寵物十分流行，另外，仿麻雀機(jī)器人可以擔(dān)任環(huán)境監(jiān)測的任務(wù)，具有廣闊的開發(fā)前景。

二十一世紀(jì)人類將進(jìn)入老齡化社會，發(fā)展“仿人機(jī)器人”將彌補(bǔ)年輕勞動力的嚴(yán)重不足，解決老齡化社會的家庭服務(wù)和醫(yī)療等社會問題，并能開辟新的產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會?！?/p>

仿生骨1960年以後，研究家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有一種蛋白質(zhì)能夠促使骨頭纖維重新長回自己的部位或受損的地方。很不幸地，這科技不完整，常常會長出不該長的纖維會錯誤的骨頭。2005年，UCLA的研究家解決了這問題，用特定的蛋白質(zhì)來長出特定的細(xì)胞。這叫UCB-1，這蛋白質(zhì)已經(jīng)被用於骨頭重生來固定椎骨，舒緩患者的背痛。

非人類味覺奧斯丁的德州大學(xué)的電腦與電子工程教授，Dean說，舌頭可以是非常強(qiáng)大的工具，也可以是非常主觀的。當(dāng)食物公司想要做同樣的口味時，他們會用電子舌頭，由他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的器材，能夠偵測液體里的化學(xué)成分。

人造細(xì)胞有時候，當(dāng)你需要把藥物送到身體里對的地方，藥丸或注射已經(jīng)不夠了。賓夕法尼亞大學(xué)的生物工程教授，DanielHammer說有更好的方法，人造細(xì)胞，用聚和體制造，能夠模仿白血球在血管里的行為。叫做c，這些假細(xì)胞能夠把藥物傳遞到需要的地方，這能夠更簡單并安全地?fù)敉艘恍┘膊?，像癌癥。大腦里的義肢

替換大腦的一個部位比替換四肢還要難，不過未來有可能可以。南加州大學(xué)的教授，TheodoreBerger做出能夠取代海馬區(qū)的電腦晶片，代替人腦處理短期記憶與空間學(xué)習(xí)的部分。仿生技術(shù)的出現(xiàn)為我們的研究提供了一種新的思路，為設(shè)計(jì)出更多性能優(yōu)異的產(chǎn)品提供參考。在未來一段時間內(nèi)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步