仿生功能复合材料.ppt

　　仿生仿生功能复合功能复合材料材料1第一节　概述第一节　概述v仿生复合材料就是向仿生复合材料就是向天然生物材料天然生物材料寻找启发寻找启发仿照仿照生物体生物体结构特征与功能结构特征与功能而设计、制备的复合材料而设计、制备的复合材料v生物材料机理分析的任务就是从生物材料机理分析的任务就是从材料科学材料科学的观点的观点对其进行观察、测试、分析、计算、归纳和抽象，对其进行观察、测试、分析、计算、归纳和抽象，找出有用的规律来指导复合材料的设计和研制找出有用的规律来指导复合材料的设计和研制2复合材料的仿生设计和制备：复合材料的仿生设计和制备：3v荷叶效应荷叶效应v仿生愈合仿生愈合v竹木结构及其仿生竹木结构及其仿生第二节第二节 仿生材料应用仿生材料应用4超疏水原理：超疏水原理：v荷叶的微结构与高憎水表面能够减少与固体微荷叶的微结构与高憎水表面能够减少与固体微粒和小水滴的接触面积，接触面积的减小导致粒和小水滴的接触面积，接触面积的减小导致固体颗粒和水滴附着力的降低固体颗粒和水滴附着力的降低v由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角可达的形状接近于球形，其接触角可达150度以上，度以上，并且水珠可以很自由地在表面滚动。

滚动时水并且水珠可以很自由地在表面滚动滚动时水滴可以带走叶子上的尘土和细菌滴可以带走叶子上的尘土和细菌第二节第二节 仿生材料的应用仿生材料的应用2.1 仿仿“荷叶效应荷叶效应”的超疏水材的超疏水材料料5自清洁效应自清洁效应疏水原理疏水原理6 荷叶效应的应用荷叶效应的应用v防水防污材料：防水防污材料：78v防水防污防腐厨房用具：防水防污防腐厨房用具：9第二节第二节 仿生材料应用仿生材料应用2.2仿生愈合仿生愈合v生物材料的主要特征之一是具有再生机能如生物材料的主要特征之一是具有再生机能如伤口伤口的愈合的愈合，，组织再生组织再生，，树根的自愈合树根的自愈合等v英国工程与科学研究委员会的研究人员正在开发一英国工程与科学研究委员会的研究人员正在开发一种特殊的复合材料，这种材料在受到挤压或损坏时种特殊的复合材料，这种材料在受到挤压或损坏时会会““流出流出””树脂树脂，有效形成可修复受损处的，有效形成可修复受损处的““痂疤痂疤””这项创新可能会显著提高航空安全，同时激励这项创新可能会显著提高航空安全，同时激励技术人员开发更轻型的飞机，将技术人员开发更轻型的飞机，将生物模仿生物模仿(biomimicry)(biomimicry)技术技术引入引入航空领域航空领域。

10 英国开发自愈材料可让受损飞机自我修复：英国开发自愈材料可让受损飞机自我修复：11v受生物体损伤自动愈合的启发受生物体损伤自动愈合的启发，一些研究者，一些研究者一种具一种具有有自动修复裂纹能力自动修复裂纹能力的聚合物材料的聚合物材料v这种材料嵌有内装这种材料嵌有内装修复剂修复剂的的微胶微胶囊，每个微胶囊约囊，每个微胶囊约有头发丝宽，这些微胶囊遇到有头发丝宽，这些微胶囊遇到裂纹入侵时破裂裂纹入侵时破裂，并，并通过通过毛细作用毛细作用释放修复剂到裂纹面，修复剂接触预释放修复剂到裂纹面，修复剂接触预先先埋入环氧基体的催化剂埋入环氧基体的催化剂而而引发聚合引发聚合，键合裂纹面键合裂纹面v这种损伤诱导的引发聚合使得裂纹修复实现了这种损伤诱导的引发聚合使得裂纹修复实现了就地就地自动控制自动控制利用微胶囊修复利用微胶囊修复12The illustration of self-repair mechanism with microencapsulated repair agent. Self-repair efficiency in an epoxy polymer obtained by fracture toughness testing of tapered double-cantilever beam specimens. 冲击实验结果表明这种材料能冲击实验结果表明这种材料能恢复恢复7575％的强度，而且该方法有％的强度，而且该方法有望适用于其它脆性材料，如硅酸望适用于其它脆性材料，如硅酸盐和玻璃。

盐和玻璃132.2.3 3竹木结构及竹木结构及其其仿生仿生v木纤维细胞壁构成：木纤维细胞壁构成： 短链高分子半纤维素缔结物质短链高分子半纤维素缔结物质 + +纤维素集束成微纤丝的骨架物质纤维素集束成微纤丝的骨架物质 + +块状高分子木素硬化物质块状高分子木素硬化物质v复合结构：复合结构：类似混凝土，有强度又有韧性类似混凝土，有强度又有韧性第二节第二节 仿生材料应用仿生材料应用14v所以说竹材表层的高强度和高韧性主要是由于竹纤所以说竹材表层的高强度和高韧性主要是由于竹纤维优越性能所致维优越性能所致v结构特点结构特点：空心柱、纤维螺旋分布、多层结构空心柱、纤维螺旋分布、多层结构v层间夹角避免物理几何的突变，改善相邻层间结合；层间夹角避免物理几何的突变，改善相邻层间结合；增加外层厚度，降低少量正向刚度，切向刚度大幅增加外层厚度，降低少量正向刚度，切向刚度大幅提高1516v几乎地球上所有生物都是复合材料，其中一几乎地球上所有生物都是复合材料，其中一些具有些具有高强度高强度和和高模量高模量v与其他材料相比，生物材料具有的最显著的与其他材料相比，生物材料具有的最显著的特点是具有特点是具有自我调节功能自我调节功能，生物材料能够一，生物材料能够一定程度的定程度的调节自身的物理和力学性质调节自身的物理和力学性质，以适，以适应环境。

应环境v一些生物材料具有自适应和自愈能力，因此一些生物材料具有自适应和自愈能力，因此如何从材料科学观点研究生物材料的结构和如何从材料科学观点研究生物材料的结构和功能特点，并用以设计和制造先进的复合材功能特点，并用以设计和制造先进的复合材料，是当前的重大课题料，是当前的重大课题第三节第三节 仿生材料前景仿生材料前景17。