结构仿生

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1 仿生材料简介
海鳗的发电器瞬间可以发出 800伏的电压，足以电死一头大象，
仿生材料的但研是它究的内发电容器不是金属等导电器
材，而是蛋白质的分子集合体。
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1 仿生材料简介
仿生材料的研究内容
深海里有一种软体动物，其身体由细 胞材料所构成，却可承受很高的海水压 力而自由地生存着。
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仿生材料的研究内容
因此，在材料的设计和研究中，引入了仿生结构设计的思想 ，通过“简单组 成、复杂结构”的精细组合，来实现材料的高韧性、抗破坏及使用可靠性特性。
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2 仿生材料
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1 仿生材料简介
仿生材料的研究现状与未来
水果薄膜
西瓜是一种含水量极高的水果，在它的启发下， 人们研制了一种与西瓜纤维素构造相似的超吸水性 树脂，现在已用于废油的回收，既经济又高效。这 种材料如果进一步得到完善的话，将来液体的包装 和输送就可能用一种全新的技术来代替。比如，将 来的饮料就不再是用现在的杯子来装,而是只要用一 片薄膜即可。
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1 仿生材料简介
呼吸材料
仿生材料前沿
动物有肺，能够分离空气中的氧气；鱼有鳃，能够分离溶解在水中的氧气，
供给身体使用。人们仿造这种特性，制作了薄膜材料，用于制造高浓度氧气、分
离超纯水等，以达到节省能源以及高分离率的目的。
目前人们正在研制具有动物肺和鱼鳃那样功能的材料，如果研制成功的话，
人类在水底世界的活动将发生一场新的革命。
结构仿生的发展
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1 结构仿生简介
苏联——水生动物(如海豚) 皮肤形态的研究，为舰艇 设计提供仿生思路；
英国——将断裂力学应用 到生物复合材料研究，如 应用鹿角韧性机理进行冲 击防护设计；
中国——赵晓鹏等研究了 短纤维增强复合材料的仿 生模型，哑铃状纤维增强 混凝土试验表明，可使材 料的抗弯强度提高20％；
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1 仿生材料简介
生物能够高效地进行各种能量间的转换。 随着地球上现在所使用的能源逐渐枯竭，人 类寻求新能源的任务已迫在眉睫，如果能够 找到象某些生物那样能够高效率地进行能量 变换或者能量重组的材料与方法,将为人类的 未来带来希望和光明。
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仿生材料前沿
1 仿生材料简介
仿生材料前沿
卵的壳是石灰质构成的,内部有卵白和卵黄。美国学者发表了非常有趣的假说， 认为卵的结构无论从力学或者工学的观点来思考，都有许多值得学习的地方，人 类现在的包装技术与之相比相形见拙。 相信在不远的将来,通过对有机和无机复 合材料形成技术的研究，不仅在包装技术方面人们会学习和采用生物卵壳的形成 方式，同时在医学科学中也会开创新的领域。
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结构仿生的发展
1 结构仿生简介 结构仿生的发展
研究哺乳动物骨骼截面形状与承力性能的关系； 研究骨结构流固耦合机理及对载荷分散的影响； 研究鸟类及昆虫的飞行机理，为飞行器设计提供了重要理论依据 ； 结构仿生研究已普遍运用有限元对生物结构进行力学性能分析、仿真和预测
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第二章 结构仿生
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1 仿生材料简介
内视镜
用手触摸含羞草的叶片，它就会像动物那 样收缩。在这一种启发下，日本奥林巴斯公 司的植田康弘研制了一种可以伸到小肠里的 内视镜，他在内视镜的筒状部分使用了一种 与含羞草叶片表面结构相似的弹性膜材料， 它在肠道流体的压力下，会沿着轴向自动伸 长或弯曲，从而使内视镜的筒状部分与肠道 保持同一形状。
1 结构仿生简介 2 仿生材料 3 仿生结构 4 仿生系统
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2 仿生材料
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1 仿生材料简介 2 天然生物材料特性
3 天然生物材料结构特征与仿生
2 仿生材料
天然生物材料 具有适应其环境及功能需要的超复杂结构组装，其表现出的优 异强韧性、功能适应性及损伤愈合能力，是传统人工合成材料无法比拟的。
蜘蛛丝，比防弹背心还坚硬
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1 仿生材料简介
人造丝
早期：模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。 二十世纪以来,人们模仿蚕吐丝的过程研制了各种化学纤维的纺丝方法，此后
又模仿生物纤维的吸湿性、透气性等仿服生用材性能料研前制了沿许多新型纤维。另外人们还
对蚕的产丝体进行了卓有成效的研究(日本农业生物资源研究所) ,并且对蜘蛛丝也 进行了研究(日本岛根大学) ,研究者们期待着有朝一日能够制造出与蚕丝完全一样 的人造丝。
9 甲壳虫坚硬的外壳
1 仿生材料简介
仿生材料——受生物启发或模仿生物的各种特性而开发的材料。
什么是仿生材料？
仿生材料学是涉及生物材料的组成结构、性能与制备相互关系和规律的科学， 其主要目的是在分析天然生物材料微组装、生物功能及形成机理基础上，发 展新型医用材料，以用于人体组织器官修复与替代，发展仿生高性能工程材 料。
结构仿生
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第二章 结构仿生
1 结构仿生简介 2 仿生材料 3 仿生结构 4 仿生系统
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1 结构仿生简介
结构仿生——以工程力学原理为基础，研究生物体不同结构层次(微观、细
观、宏观)的形态以获得灵感，进而对材料、结构、系统进行仿生模拟，提高工
程结构效率。
什么是结构仿生？
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1 结构仿生简介
早期——模拟生物外形，随着对自然认识的深入和研究手段的进步，仿生学 经历了从功能模拟到结构仿生再到信息仿生，从力学仿生到物理仿生再到化学仿 生，从个体仿生到生态仿生再到控制仿生这样一个逐步发展的过程。
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仿生材料前沿
2 仿生材料
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1 仿生材料简介 2 天然生物材料特性
3 天然生物材料结构特征与仿生
2 天然生物材料特性
复合特性 功能适应性 创伤愈合性 多功能性
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2 天然生物材料特性
人们从天然生物的研究中得到启示，天然的生物材料，如竹、木、骨骼、贝 壳，它们虽然具有简单的组成，但是通过复杂结构的精细组合，赋予这些生物材 料具有非常好的综合性能。
研究内容——以阐明生物体的材料构造与形成过程为目标，用生 物材料的观点来思考人工材料，从生物功能的角度来考虑材料的 设计与制作。迄今为止该学科未开拓的领域和未解决的问题非常 多,可以认为仿生材料学的学科体系还没有完全形成。
从仿生材料的使用场合来看可分为医用材料、工程材料和功能器件等。
从材料学的角度可以把材料仿生分为几大方面：成分和结构仿生、 过程和加工制备仿生、功能和性能仿生。