复合材料-第八章仿生复合材料

【复合材料概论】复习重点应试宝典第⼀章总论1、名词：复合材料基体增强体结构复合材料功能复合材料复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的⽅法，在宏观上组成具有新性能的材料。

包围增强相并且相对较软和韧的贯连材料，称为基体相。

细丝(连续的或短切的)、薄⽚或颗粒状，具有较⾼的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体。

它们在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此也称作分散相。

结构复合材料：⽤于制造受⼒构件的复合材料。

功能复合材料：具有各种特殊性能（如阻尼，导电，导磁，换能，摩擦，屏蔽等）的复合材料。

2、在材料发展过程中，作为⼀名材料⼯作者的主要任务是什么？（1）发现新的物质，测试其结构和性能；（2）由已知的物质，通过新的制备⼯艺，改变其显微结构，改善材料的性能；（3）由已知的物质进⾏复合，制备出具有优良性能的复合材料。

3、简述现代复合材料发展的四个阶段。

第⼀代：1940-1960 玻璃纤维增强塑料第⼆代：1960-1980 先进复合材料的发展时期第三代：1980-2000 纤维增强⾦属基复合材料第四代：2000年⾄今多功能复合材料（功能梯度复合材料、智能复合材料）4、简述复合材料的命名和分类⽅法。

增强材料+（/）基体+复合材料按增强材料形态分：连续纤维复合材料，短纤维复合材料，粒状填料复合材料，编织复合材料；按增强纤维种类分类：玻璃纤维复合材料，碳纤维复合材料，有机纤维复合材料，⾦属纤维复合材料，陶瓷纤维复合材料，混杂复合材料（复合材料的“复合材料”）；按基体材料分类：聚合物基复合材料，⾦属基复合材料，⽆机⾮⾦属基复合材料；按材料作⽤分类：结构复合材料，功能复合材料。

5、简述复合材料的共同性能特点。

(1)、综合发挥各组成材料的优点，⼀种材料具有多种性能；(2)、复合材料性能的可设计性；(3)、制成任意形状产品，避免多次加⼯⼯序。

仿生智能生物质复合材料制备关键技术仿生智能生物质复合材料是一种新型的复合材料，具有很好的机械性能、生物相容性和可持续性。

其制备过程需要掌握以下关键技术：
1. 生物质材料的选择和预处理：选择具有一定力学性能和结构特点的生物质材料，并进行适当的预处理，如去除杂质、水分和结构参数的调整等。

2. 仿生智能材料的设计：根据仿生学原理和材料力学的基本原理，设计出具有良好力学性能和智能响应的复合材料结构。

3. 生物质复合材料的制备技术：采用合理的制备工艺，将生物质材料与功能材料进行复合，形成具有特定性能的复合材料。

4. 复合材料的表征和性能测试：对制备出的仿生智能生物质复合材料进行表征和性能测试，如力学性能、热学性能和智能响应特性等。

以上关键技术的掌握对于仿生智能生物质复合材料的制备十分重要，可以为其在生物医学、环境保护等领域的应用奠定坚实的基础。

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仿生材料研究进展(讲义)Research Progress of biomimetic materials 仿生学（Bionics）诞生于二十世纪60年代，是Bi(o)+(electr)onics的组合词，重点着眼于电子系统，研究如何模仿生物机体和感官结构及工作原理，而材料的仿生研究则由来已久。

80年代后期，日本复合材料学会志发表了一系列关于材料仿生设计的论文[1]，分析了部分生物材料的复合结构和性能，我国学者也开展了卓有成效的探索[2-6]。

美、英等国合作在1992年创办了材料仿生学杂志(Biomimetics)，Biomimetics意为模仿生物，着重力学结构和性质方面的仿生研究。

但人们往往狭义地理解“mimetic”含义，认为材料仿生应尽可能接近模仿材料的结构和性质，而出现一些不必要的争议。

近年来国外出现“Bio-inspired”一词，意为受生物启发而研制的材料或进行的过程。

其含义较广，争议较少，似更贴切，因而渐为材料界所接受。

通常把仿照生命系统的运行模式和生物体材料的结构规律而设计制造的人工材料称为仿生材料(Biomimetic Materials)。

这是材料科学与生命科学相结合的产物，这一结合衍生出三大研究领域：天然生物材料，生物医学材料（狭义仿生）和仿生工程材料（广义仿生—即受生物启发而进行的材料仿生设计、制备与处理等）。

一、天然生物材料与生物医学材料天然生物材料经过亿万年物竞天择的进化，具有独特的结构和优异的性能。

通过天然生物材料的研究，人类得到了很多启示，开发出许多生物医学材料和新型工程材料。

天然生物材料的主要组成为蛋白质，蛋白质分子的基本结构是由各种氨基酸〈己知有20种〉组成的长链，改变氨基酸的种类及排列次序，便可以合成千差万别、性能各异的蛋白质。

蛋白质的合成决定于遗传基因，即RNA〈核糖核酸〉中每三个碱基对构成一个密码子，决定一种氨基酸[7]。

在现代遗传工程研究中采用“基因定位突变技术”，可以改变某些碱基对的顺序和种类，以合成所需要的蛋白质，利用DNA技术直接“克隆”出天然生物材料己有报导。

仿生复合装甲材料结构的设计简介：仿生学是一门研究自然界中生物体结构和功能的学科，通过学习和模仿生物体的特点和结构，可以获得创新的设计和技术。

在装甲材料领域，仿生学的应用也越来越广泛。

通过借鉴生物体的特点，设计出仿生复合装甲材料结构，能够提高装甲的防护能力和降低质量，具有重要的应用价值。

设计原则：1.结构优化：仿生复合装甲材料的设计应当充分利用材料的优势，通过合理的结构设计来提高装甲的防护能力。

生物体中的一些结构具有很高的韧性和耐冲击能力，这些特点可以借鉴到装甲材料的设计中。

2.复合材料：仿生复合装甲材料主要由多种材料组成，通过合理的组合和层叠，可以充分发挥各种材料的优势。

不同材料在吸能、分散冲击能力等方面具有不同的特点，合理地设计复合结构可以提高装甲的整体性能。

3.轻量化：在保证装甲防护能力的基础上，尽量降低装甲的质量。

仿生学的设计原则中，轻量化是非常重要的一个方面。

通过模仿生物体的结构和特点，设计出轻量化的装甲材料结构，可以有效减轻装甲对车辆或士兵的负担。

设计方法：1.鱼鳞结构：鱼类的鳞片具有非常高的防护能力，可以适应各种复杂环境。

将鱼鳞结构借鉴到装甲材料中，可以增加装甲的抗弯曲和抗压能力。

使用金属、陶瓷或复合材料制作鱼鳞状的小片，然后将这些小片通过特定方法连接在一起，形成一个整体的装甲结构。

2.蜂窝结构：蜂窝结构是一种具有轻质化特点的结构，常见于许多生物体中，如鸟类骨骼、植物茎等。

仿生复合装甲材料可以采用仿制蜂窝结构，通过填充空心结构降低整体质量，同时提高了耐冲击和耐折性能。

3.密集排列结构：一些昆虫腿部具有非常高的弯曲和抗压能力，这部分归功于它们特殊的结构。

仿生复合装甲材料可以采用密集排列的小柱状结构，将这些小柱进行分层、交错排列，形成一种高强度、耐压的结构。

4.壳结构：一些动物如龟、螃蟹等具有坚固的外壳保护身体。

仿生复合装甲材料可以借鉴这种壳结构，采用多层次的材料组合，形成类似于坚硬壳的结构，提高装甲的防护能力。

含内界面相的仿生纳米复合材料微观力学模型1. 引言仿生纳米复合材料是一种结合了仿生学和纳米技术的新型材料，具有优异的力学性能和生物相容性。

其中，含内界面相的仿生纳米复合材料在力学性能方面表现出独特的特点。

本文将从微观力学模型的角度出发，对含内界面相的仿生纳米复合材料进行评估和探讨，以期为读者提供深入、全面的了解。

2. 含内界面相的仿生纳米复合材料的定义和特点含内界面相的仿生纳米复合材料是指通过在材料内部引入界面相，以增强其力学性能和功能。

界面相是指材料中两种相之间的边界，可以是不同材料的交界面，也可以是同一材料的不同晶粒之间的结合面。

这种复合材料具有优异的力学性能，如高强度、高硬度和低磨损等，同时还具备优秀的生物相容性和生物活性。

3. 微观力学模型的评估方法为了探究含内界面相的仿生纳米复合材料的力学特性，研究人员通常采用微观力学模型进行评估。

微观力学模型可以精确描述材料内部的结构和相互作用，从而得出材料的宏观力学性能。

常用的微观力学模型包括有限元法、分子动力学模拟和连续介质力学模型等。

4. 有限元法在含内界面相的仿生纳米复合材料中的应用有限元法是一种广泛应用于工程领域的力学分析方法，可以模拟材料的变形、应力和应变等力学行为。

在含内界面相的仿生纳米复合材料中，有限元法可以用于建立精确的力学模型，以研究界面相对材料力学性能的影响。

通过该方法，研究人员可以模拟界面相的结构、形变和应力场分布等，并进一步分析其对材料整体性能的影响。

5. 分子动力学模拟在含内界面相的仿生纳米复合材料中的应用分子动力学模拟是一种基于分子尺度的模拟方法，可以研究材料的原子或分子运动规律以及相互作用。

在含内界面相的仿生纳米复合材料研究中，分子动力学模拟可以用于模拟界面相的形成、稳定性以及界面相与基体之间的相互作用。

通过该模拟方法，研究人员可以定量评估界面相对材料力学性能的影响，并提供指导性的设计原则。

6. 连续介质力学模型在含内界面相的仿生纳米复合材料中的应用连续介质力学模型是一种将材料视为连续介质的力学模型，可以描述材料的宏观力学性能。