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仿生材料的研发与应用随着现代科技的发展，仿生材料已成为人们关注的重点领域。
仿生材料通过模仿生物体的结构和功能，将其应用于工程技术领域，成为了一种新兴的纳米材料。
在此，本文将介绍仿生材料的定义、分类、研发和应用。
一、仿生材料的定义和分类仿生材料是一种新型的材料，它可以模拟人体器官、动物、植物的结构和功能，具有较优异的性能。
它的定义为通过仿生学的思想来制造材料，集成了生物学、物理学、力学学、化学等学科的内容，以实现新材料的自主发展和实用。
仿生材料从材料结构上来分可分为有机仿生材料和无机仿生材料。
有机仿生材料常见的是蛋白质、多肽、纤维蛋白、胶原蛋白等；无机仿生材料包括磷酸钙、氢氧磷灰石、钙钛矿等化合物，而合成纳米材料可以是与自然界中所存在的要素、化合物相同的特殊制造材料。
二、仿生材料的研发仿生材料的研发主要有三个方面：仿生生物、仿生结构和仿生功能。
仿生生物主要是通过对于生物体的模拟和分析，找到生物体的特性、功能和功能的体现方式；仿生结构则是通过对于生物体的结构和形态的拟合，以实现材料的组成和结构的调整；仿生功能主要是对于仿生结构和生物体功能的拟合制取得功能模拟。
三、仿生材料的应用仿生材料的应用领域非常广泛。
在医学领域，仿生材料可以用于修复和再生组织，开发新型的漏斗、植入物、射频可升级装置等，能改善生物组织和身体的局部结构，使其更好地适应环境或机器的操作；在建筑领域，仿生材料可以模拟表面结构、多孔结构、导热性和声学性状，改善相应的建筑性能和环境效应，从而更好地适应环境和节能减排。
在国防、交通等领域，仿生材料也有着许多应用。
总之，仿生材料具有广泛的应用前景。
在仿生材料的研究和开发上，我们需要多领域的交叉和协调，采用智能化的设计理念和方法，做好材料性能和应用的配合、优化，不断创新寻找最佳解决办法，为民族经济的发展和社会的需求做出新的贡献。
仿生材料：模仿大自然仿生材料是一种受到大自然启发而设计制造的材料，它模仿生物体的结构、功能和性能，具有优异的特性和广泛的应用前景。
大自然是最伟大的设计师，亿万年的进化造就了各种生物体的复杂结构和功能，这些优秀的设计激发了人类对仿生材料的探索和研究。
通过模仿大自然，科学家们开发出了许多具有前瞻性和创新性的材料，为人类社会的发展带来了巨大的推动力。
一、仿生材料的定义和特点仿生材料是指受到生物体结构、功能和性能启发而设计制造的材料。
它具有以下几个特点：1. 模仿生物体：仿生材料通过模仿生物体的结构和功能，实现类似生物体的性能和效果。
2. 多样性：仿生材料可以模仿各种生物体，如植物、动物、微生物等，具有多样性和广泛性。
3. 创新性：仿生材料的设计和制造需要创新思维和技术手段，具有前瞻性和创新性。
4. 应用广泛：仿生材料在医学、工程、材料科学等领域有着广泛的应用前景。
二、仿生材料的研究领域1. 医学领域：仿生材料在医学领域有着重要的应用，如仿生人工关节、仿生心脏瓣膜等，为医疗技术的发展提供了重要支持。
2. 工程领域：仿生材料在工程领域有着广泛的应用，如仿生结构材料、仿生润滑材料等，提高了工程设备的性能和效率。
3. 材料科学领域：仿生材料在材料科学领域有着重要的研究价值，如仿生纳米材料、仿生智能材料等，为材料科学的发展带来了新的思路和方法。
三、仿生材料的成功案例1. 莲花效应：仿生材料模仿莲花叶片表面微纳结构，设计制造出具有自清洁功能的材料，应用于建筑玻璃、汽车涂层等领域。
2. 鲨鱼皮纹理：仿生材料模仿鲨鱼皮纹理设计制造出减阻纹理材料，应用于飞机表面、船体涂层等领域，降低了流体阻力。
3. 蜻蜓翅膀结构：仿生材料模仿蜻蜓翅膀结构设计制造出具有抗菌、抗污染功能的材料，应用于医疗器械、环境保护等领域。
四、仿生材料的未来发展1. 多功能性：未来的仿生材料将具有更多的功能性，如自修复、自感知、自适应等，为人类社会带来更多的便利和创新。
仿生材料的研究与发展随着科技的快速发展，仿生学的研究越来越吸引人们的关注。
仿生学是基于生物学的原理和结构，将其应用到未来的工业和技术中。
仿生材料作为未来发展的一个重要方向，正在受到越来越多的关注。
这篇文章将为您介绍仿生材料的研究与发展，以及未来的应用前景。
1. 仿生材料的定义和种类仿生材料是一种能够模拟生物体结构和功能的材料。
它是由生物材料和非生物材料组成的材料。
仿生材料可以帮助我们更好地理解生物体的结构和功能，也能够为未来的科技和工业带来许多新的机会。
仿生材料种类繁多，常见的有：仿生纳米材料、仿生智能材料、仿生能源材料、仿生高分子材料等。
每种仿生材料都有不同的应用领域和功能。
2. 仿生材料在减轻环境压力上的作用随着人类活动的不断增加，人类对环境的压力也在加大。
如何减轻环境压力，成为了人类面临的一个重要的问题。
而仿生材料因为能够模拟和应用生物体的结构和功能，就成为了减轻环境压力的一个重要手段。
例如，仿生智能材料可以模拟蚂蚁群体的智能行为，实现能源的高效管理和优化。
而仿生高分子材料可以模拟植物的叶子，实现高效的光合作用。
这些仿生材料的应用，能够在环境保护方面发挥积极的作用。
3. 仿生材料在医疗领域的应用仿生材料在医疗领域也有着广泛的应用。
例如，仿生高分子材料可以模拟人体组织，用于人体的修复和再生。
仿生智能材料可以模拟神经系统，用于治疗神经系统疾病。
这些仿生材料的应用，能够为医疗领域的技术和治疗带来极大的便利。
另外，仿生材料还可以用于制造仿生器官和仿生蛋白等，这些仿生产品可以替代失去功能的器官和组织，为人体健康带来很大的帮助。
4. 仿生材料在工业生产中的应用仿生材料在工业生产中也有着广泛的应用。
例如，仿生纳米材料可以模拟自然界中的微生物和生物，用于制造高效的纳米材料，提高工业生产的效率和成品率。
仿生高分子材料可以模拟蛋白质和胶体，用于制造高质量的高分子产品。
这些仿生材料的应用，能够为工业生产带来巨大的效益。
仿生材料模仿大自然仿生学是一门研究生物学原理并将其应用于工程技术领域的学科，旨在从自然界中汲取灵感，创造出具有生物特性的人造材料。
仿生材料作为仿生学的重要应用之一，通过模仿大自然中生物体的结构、功能和特性，设计制造出具有类似特征的人造材料，以实现更高效、更环保、更智能的工程应用。
本文将探讨仿生材料如何模仿大自然，并在各个领域展现出独特的应用和潜力。
### 1. 植物纤维仿生材料植物纤维是大自然中常见的材料，如木材、竹子等，具有轻质、高强度、环保等优点。
仿生材料可以通过模仿植物纤维的微观结构和分子排列方式，设计制造出具有类似性能的人造纤维材料，如碳纤维、玻璃纤维等。
这些仿生纤维材料在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域得到广泛应用，为工程技术带来了革命性的突破。
### 2. 蜘蛛丝仿生材料蜘蛛丝是一种天然的生物高分子材料，具有超强的拉伸强度和韧性。
科学家们通过研究蜘蛛丝的结构和合成机制，成功制备出人造蜘蛛丝仿生材料，如生物合成的蛋白质纤维、碳纳米管纤维等。
这些仿生材料在医疗器械、防弹材料、纺织品等领域展现出巨大的应用潜力，为人类社会带来了许多创新和改变。
### 3. 蓝藻光合作用仿生材料蓝藻是一种能够进行光合作用的微生物，其光合作用机制被科学家们广泛研究并应用于仿生材料的设计中。
通过模仿蓝藻的光合作用过程，研发出人造光合作用系统，可以将太阳能转化为化学能，实现高效的能源转换和储存。
这种仿生材料在太阳能电池、人工光合作用系统等领域具有重要的应用前景，为可再生能源的发展提供了新的思路和技术支持。
### 4. 鱼鳞结构仿生材料鱼鳞是一种具有特殊结构的生物材料，其表面覆盖着微小的鳞片，具有防水、减阻、抗菌等功能。
仿生材料可以通过模仿鱼鳞的结构和特性，设计制造出具有类似功能的人造材料，如超疏水表面、减阻涂层等。
这些仿生材料在船舶涂料、医疗器械表面涂层等领域得到广泛应用，为工程设计和生产提供了新的可能性和解决方案。
1.我从中了解到啄木鸟、食蚁兽的生活特性和特异能，从它们身上我突然想到了一个问题，同时也得到一个启发：在农村果园里，我们常常发现害虫钻进树干、成熟的果子里，为了保护果林，农民们只得不断地大量喷农药，这样的结果呢？不但成本高，而且人们在食用时，超标的农药让人们望而生畏，如果灭虫不及时，人们也只得把那些“无药可救”的果树心痛地砍掉。
在现代化的农村里，也不可能有那么多的啄木鸟来帮果树们看病。
2.大自然给人们有许多的启示，飞机是根据蜻蜓发明的、流状形的轮船是仿照海底的鲸发明的，那么我在想：我们何不仿照啄木鸟的嘴和食蚁兽的舌头来制造一种轻便的灭虫机呢？在这种灭虫机里，我们可以装一块电脑芯片，这样，它就可以准确无误探测到病树，然后，我们可以按一下手柄上的一个红键，从那里面就会弹出一个类似啄木鸟的嘴一样的又尖又带勾的钢管，它可以准确无误地在有害虫的树上打一个极小的洞，然后用带勾的钢管嘴将它勾出。
要是白蚁呢？大家不要慌，我们可以先将钢管嘴收进去，然后，再按绿色的健，一条仿食蚁兽的舌头就会从里面弹来，那富有粘性的长舌，一“钻”进洞里，那白蚁便会轻而易举地全部被消灭。
从这个问题中，我们得到了一个启发，从而也从中得到了一个创新。
3.日本的科学家从蚂蚁觅食中受到了启示。
他们开发出一种大规模集成电路，模拟觅食的蚂蚁齐心合力搬运食物，从距离最近的“食物源”顺次向“蚁巢”源源不断地输送信息。
根据这种新的信息处理方法，人们很可能开发出一种新型计算模式的计算机呢。
4.大自然给我们的启示还有很多,其中有一种蛇叫响尾蛇,它有一种红外线的眼睛,人类通过这种蛇的眼睛,研制出一种有着响尾蛇一样眼睛的导弹,它的名字叫响尾蛇导弹,因为人类是仿照响尾蛇眼睛制造出来的,所以命名为响尾蛇导弹。
响尾蛇导弹能和响尾蛇一样,能用"热眼"准确无误的跟踪敌人,直至把敌人摧毁.因为响尾蛇的"热眼"是根据敌人的温度来判断敌人的位置,飞机,战舰,坦克等这些东西,响尾蛇导弹都能准确无误的命中.法国研制的机动式低空近程全天候地空导弹。
仿
生
材
料
专业无机非金属_______班级 09-01____________学号310906010129_____姓名姚自强___________
仿生材料
一.仿生材料的起源.
在高分子化学世界里,我们已经制造出了聚乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸脂、聚酰胺等人工材料,具有多种多样的功能。
但是,人类所创造的材料与自然界生物体的构成材料还有很大的不同。
举几个简单的例子: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,但是它的发电器不是金属等导电器材,而是蛋白质的分子集合体;深海里有一种软体动物,其身体无疑也是由细胞材料所构成,但是却可承受很高的海水压力而自由地生存着。
这些例子说明,许多生物体的某些构成材料是我们完全不知道的,这些材料大多数是在常温常压的条件下形成,并能发挥出特有的性能。
当人们对这些生物现象有了充分的理解之后,把它们应用于材料科学技术方面,就形成了仿生材料学。
因此,仿生材料学的研究内容就是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。
一．定义和研究范围
1.1定义
受生物启发或者模仿生物的各种特性而开发的材料称为仿生材料
1.2研究范围
材料仿生的研究范围广泛，包括微结构、生物组织形成
机制、结构和过程的相互关系，并最终利用所获得的结
果进行材料的设计与合成。
二．仿生材料的分类
2.1从仿生材料的使用的场合来看可分为医用材料、工程材料和功能材料等。
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、过程和加工制备仿生、功能和性能仿生。
三. 仿生材料的成果.
3.1雌蛾求爱－防治害虫我国科学家破译了雌蛾的化学语言后，研制出“仿生诱芯”，即人工合成雌性飞蛾吸引雄性飞蛾的激素的气味.
然后将其加入一种硅橡皮塞中，置于诱捕器中，使其缓缓释放，引诱大量的雄蛾自投罗网，既杀虫，又可根据诱捕量预测害虫的发生期。
迄今为止，我国科学家已研制成功60多种“仿生诱芯”，对我国主要农林害虫的测报和防治起了重要作用。
3.2鲨鱼皮肤－泳衣一件泳衣，在悉尼奥运会上改变了世界泳坛的格局。
几乎大半金牌得主都穿上一种特殊的泳衣———连体鲨鱼装。
这种鲨鱼装仿造了海中霸王鲨鱼的皮肤结构，泳衣上设计了一些粗糙的齿状凸起，能有效地引导水流，并收紧身体，避免皮肤和肌肉的颤动。
此后，仿生泳衣越仿越精。
第二代鲨鱼装又增加了一些新的亮点，加入了一种叫做“弹性皮肤”的材料，可使人在水中受到的阻力减少4％。
此外，还增加了两个附件，附在前臂上由钛硅树脂做成的缓冲器能使
运动员游起来更加轻松；附在胸前和肩后的振动控制系统能帮助引导水流。
3.3海蜇－水母耳每当风暴来临前，最古老的腔肠生物海蜇仿佛能未卜先知，早早就离岸游向大海避灾。
原来，海蜇有个“顺风耳”，其“耳”（细柄上的小球)中有小小的听石，上面布满神经感受器，能听到风暴产生时发出的次声波（由空气和波浪摩擦而产生，频率为8赫兹-13赫兹，传播比风暴、波浪的速度快）。
模拟海蜇感受次声波的器官，科技人员设计出一种“水母耳”仪器，可提前15小时左右预报风暴。
它由喇叭、接受次声波的共振器和把这种振动转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。
将这种仪器安装在船的前甲板上，喇叭做360°旋转。
当它接收到8赫兹－13赫兹的次声波时，旋转自动停止，喇叭所指示的方向，就是风暴将要来临的方向。
指示器还可以告诉人们风暴的强度。
3.4仿生成果已不断涌现，并开始从基础研究发展到商业化竞争阶段。
中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员杜家纬介绍，这些仿生学成果应用于经济、军事和人类卫生事业后，在全球经济中所创造的份额会越来越大。
如德国轮胎设计专家根据跑行中的猫前爪垫的功能和蜘蛛网的柔顺结构及其稳定性，设计出一种AMC垫型轮胎，其表面的柔软性和硬性网状结构设计，具有较大的抓地性和运行精度，增加了轮胎与地面的摩擦力，使刹车距离从现在的19米缩短为9米，大大提高了安全性。
这种轮胎已完成了实地试验，一旦投产，对世界轮胎业产生的冲击可想而知。
又如，德国米勒公司新设计的一
款洗衣机内桶表面结构仿造蜂巢和龟背壳形状，所洗的衣服非常干净，但洗涤过程却非常柔顺，不伤衣料。
据统计，我国每年洗衣机更新量为500万台，有关专家已经担忧，一旦这种仿生洗衣机进入市场，将大大挤压我国的洗衣机市场。
3.5将仿生研究纳入国家战略
机器人、纳米自洁涂料、生物农药……仿生科研在本市和全国其它城市的不少领域已有开展，但始终难以形成规模产业，缘于仿生学缺乏系统的研究规划和研究体系，因此源头创新性研究还远远不够。
为此有关专家认为，科研主管部门、科技界和产业界都应转变观念和视角，从模仿国外转变为模仿自然，向大自然汲取科技创新的灵感。
仿生材料在日常生活中的应用.
人造纤维—最早开始研究并取得成功的仿生材料之一就是模仿天然纤维和人的皮肤的接触感而制造的人造纤维。
对蚕或者蜘蛛吐出的丝,人类自古就有很大的兴趣,这些丝纯粹是由蛋白质构成,特别是蚕丝,
具有温暖的触感和美丽的光泽。
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、透气性等服用性能研制了许多新型纤维,例如,牛奶蛋白质与丙烯晴共聚纤维(东洋纺) ,商品名为稀苤的高吸湿性纤维(旭化成) 等等。
这些产品的出现显示了人类仿造生物纤维表面细微形态与内部构造取得了成功。
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。
仿生材料的新研究成果和正在发展的方向.
仿生材料研究的重点是“感觉器官的模拟”、“神经元和神经网络的模拟”，作为其主要成果的机器人发展迅速。
其中微小型机器人技术是近年来伴随微机械学、微电子学、信息网络、计算机技术、仿生技术、新材料和新能源等迅猛发展而形成的新兴前沿高技术研究方向。
近十年来，世界各国特别是西方发达国家十分重视微小型机器人技术研究，它在未来家庭服务、极限作业、危险救灾等方面将发挥不可替代的作用。
世界先进国家在水下仿生航行体、模块化履带式侦察机器人、反恐排爆机器人、微型飞行器与自主导航驾驶仪等方面具有创新性研究特色，正在开展相关应用示范研究，也取得丰硕成果。
诸如仿生蝙蝠、仿生苍蝇、仿生蜻蜓、仿生蜘蛛等机器动物的问世，便是仿生学研究的成果。
四.仿生材料正在发展的方向.
4.1人鱼传说—在陆地上生活的动物有肺,能够分离空气中的氧气,水里的鱼有鳃,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。
4.2超能吸水—植物也为我们提供了许多有趣的现象,例如我们常见的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,它是用特殊设计的高分子材料制造的,能够吸收超越自身重量数百倍到数千倍的水份,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
五.仿生材料未来的研究方向.
5.1根据时代的不断发展和纳米技术的不断成熟,纳米型仿生材料必定成为未来仿生材料研究人不懈努力的方向,各种各样的纳米仿生材料的功能需求使人们再次走进自然做仿生此材料,
5.2能量重组—生物为了维持生命,能够非常高效地进行各种能量之间的相互转换,这是在广阔的生物界都能看到的现象。
例如,人们对萤火虫的发光机制作了研究,其发光原因是由于化学能高效率地转化为光能。
虽然人类在化学领域中已体验了遗传信息的钥匙- 核酸的魅力,在试管中实现其功能的研究也取得了很大的进步,但是像萤火虫的这种能量变换方法目前人类还做不到。
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。
迄今为止该学科未开拓的领域和未解决的问题非常之多,可以认
为仿生材料学的学科体系还没有完全形成。
进行仿生材料的开发与研究必须要学习和了解许多相关的专门知识,例如,高分子化学、蛋白质工程科学、遗传学、生物学以及与其关联的技术等等。
