黑科技:仿生材料PPT

仿生材料是指模仿生物的各种特点或特性而研制开发的人工合成材料。受自然界中各种性能优异的生物材料的启发，本课题组致力于仿生矿化、仿生皮肤、仿生黏附和肌肉仿生...

仿生材料是指模仿生物的各种特点或特性而研制开发的人工合成材料。受自然界中各种性能优异的生物材料的启发，本课题组致力于仿生矿化、仿生皮肤、仿生黏附和肌肉仿生等领域的研究工作，试图开发出足以媲美甚至超越生物材料性能的新材料。比如，我们模仿透明虾壳的结构组成(无定型碳酸钙+几丁质+蛋白质)，利用聚丙烯酸交联极小的无定型碳酸钙纳米粒子，制备出了一类新型的具有可塑性、可自修复性、可拉伸性的矿物水凝胶。该水凝胶干燥后形成连续透明的坚硬块体材料，而将之浸入水中，又可恢复至水凝胶的状态。因其具有类似传统塑料的可反复加工的性质，这一材料又被我们称为"矿物塑料"（Mineral Plastics）。我们进一步调节该矿物水凝胶的粘弹性，并利用其离子传导特性，将此矿物水凝胶应用于仿生离子皮肤的构筑，获得了可自修复并自适应物体表面形状的高灵敏人工皮肤。蚊虫复眼仿生：通过软光刻制备具有干式防雾性能的人造“复眼”雾，是在当湿气浓缩、液滴积累成为直径大于190nm或者说大于可见光波长（380nm）的一半时产生的。解决这一问题，可以通过两个途径：1.超亲水途径（接触角CA小于5度）； 2.超疏水途径（CA大于150度），以及极低的CA滞后性。目前为止，几乎所有的报道都集中在前一种方法上，例如光学透明涂层等，最著名的例子是光催化的TiO2纳米颗粒涂层在UV光照照射下变为超亲水性。最近，利用毛细效应，通过从逐层组装的纳米粒子构造3D纳米多孔结构实现超亲水性。防雾的关键，是利用这种“湿”的策略，使得微米尺寸的雾滴迅速的铺展成均一的薄膜，从而避免了成核的雾滴对光的散射和反射。大多数的防雾涂层是透明的，但也有很地方的应用并不需要透明性，例如油漆的溶胀和脱落问题，和金属的表面防锈蚀等。这些问题是由于水分的吸附造成的，超亲水涂层很难在这些领域应用。因此，就需要“干”的防雾策略，也就是利用超疏水技术使得水分或者雾滴无法在表面成核。在仿生学领域，对于莲花叶片的自清洁能力和能在水面行走的水黾腿微观结结构的研究对超疏水表面的设计具有启示作用。基于这种仿生而研发的超疏水材料应用在很多方面，也一直被认为能够作为防雾涂层使用，但根据General Motors的研究表明，莲花叶片能够被雾滴变“湿”，因为雾滴为微米大小，能够掉落在叶片微乳凸之间的空隙中。这也就表明，同类型的超疏水材料不适合用来解决这种防雾的问题，人需要新的解决思路。本文，作者报道了一种新颖的生物型超疏水防雾策略。库蚊的复眼具有理想的超疏水性能，使其能够在潮湿的环境中保持视觉清晰。作者的研究表明，这种超疏水性来自于巧妙的精细的微米和纳米结构：六方非密堆积（ncp）的纳米尺度的乳突结构，能够防止微米大小的雾滴在小眼的表面凝结；而每个小眼之间为六方密堆积（hcp）能够防止雾滴进入小眼之间的空隙中。利用软光刻技术，以及对微米和纳米结构表面疏水性的研究，作者制造出了人工的“复眼”。这一成果将有望应用在超疏水防雾涂层中。鲨鱼皮泳衣是一种高科技泳衣它的核心技术在于模仿鲨鱼的皮肤，以减少水与泳者在水中的摩擦系数，让泳者具有更快的游泳速度。鲨鱼皮泳衣是人们根据其外形特征起的绰号，其实它有着更加响亮的名字：快皮。它的核心技术在于模仿鲨鱼的皮肤。生物学家发现，鲨鱼皮肤表面粗糙的V形皱褶可以大大减少水流的摩擦力，使身体周围的水流更高效地流过，鲨鱼得以快速游皮的超伸展纤维表面便是完全仿造鲨鱼皮肤表面制成的。鲨鱼皮肤鲨鱼皮肤鲨鱼皮泳衣此外，这款泳衣还充分融合了仿生学原理，在接缝处模仿人类的肌腱，为运动员向后划水时提供动力。