仿生功能材料.doc

《功能材料概论》期末小论文浅谈仿生功能材料摘要:随着人民生活质量的进一步改善和提高,人们的生活对各种科学技术的要求也不断提高,而许多科技产品的发展都需要新型材料的支持,而新型功能材料正好能为科技提供发展基础。什么是功能材料? 功能材料具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能,有特殊的物理、化学、生物学效应,能完成功能相互转化,主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。功能材料市场将很快转化为充满勃勃生机的现实市场, 从而创造出巨大的社会经济效益,成为国民经济的一个支柱产业。下面我想谈谈功能材料的一个分支----- 仿生功能材料一、什么是仿生功能材料? 仿生功能材料指模仿生物的各种特点或特性而开发的材料。自然界中存在的天然生物材料有着人工材料无可比拟的优越性能。我们通过研究他们的特点特性,制造我们能使用的材料,例如研究萤火虫发明人工冷光、研究电鱼发明伏特电池;研究苍耳属植物发明尼龙搭扣、研究鲨鱼发明特质泳衣……二、仿生功能材料的基本原理现实生活中我们接触过许多动物与植物,例如屹立几百年而不倒的大树;几乎不发热量的冷血昆虫,而地球上所有生物都是由一些简单且廉价的无机和有机材料通过组装而形成,他们仅仅利用极少的几种元素,主要是碳、氢、氧、氮等组合而成,便能发挥出多种多样的功能,这实在令人叹服!在高分子化学世界里, 我们已经制造出了聚乙烯、聚***乙烯、聚碳酸脂、聚酰***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,迄今为止,再高明的材料科学家也做不出具有高强度和高韧性的动物牙釉质; 海洋中长出的色彩斑斓、坚固又不被海水腐蚀的贝壳。如果我们眼光投向生物体的材料构造与形成过程,在充分的理解生物现象之后,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来设计与制作适合人类生活所需的材料。三、仿生功能材料的运用举例及原理 1、自清洁玻璃仿生机理: 荷叶表面多尺度结构和表皮生物腊的存在是引起荷叶表面“自清洁”的原因。荷叶表面由很多密集排列的直径 10~20μm左右“乳突”所组成, 它们之间存在纳米级空隙,而每一个微米级乳突上还存在很多直径 200nm 左右的小乳突。形成微纳米双重结构的乳突,使空气填充其间。水在荷叶上,由于表面张力和乳突间空气的阻力的作用,水的表面总是趋向于尽可能缩小成球状,接触角可达 170 度左右,几乎完全不浸润。荷叶使水和尘埃在其表面的接触面积比一般材料减少了 90%多,水滴极易滚动,在水滴滚动的同时,就带走了叶子上的尘埃和细菌,从而实现自清洁的功能。荷叶拥有的这种特性被称为超疏水性能。利用荷叶的特性制成的超疏水性自清洁玻璃: 当表面有微小突起的时候,有一些空气会被“关到”水与固体表面之间,导致水珠大部分与空气接触,与固体直接接触面积反而大大减小。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 150 度以上,并且水珠可以很自由地在表面滚动。即使表面上有了一些脏的东西,也会被滚动的水珠带走,由于水分子间的引力作用,水珠走过的地方不会在玻璃表面留下水痕, 这样表面就具有了“自清洁”的能力。这种自清洁玻璃冬季有很好的防结冰作用。自洁性能测试(曝晒实验) 2、磷酸钙和骨胶原人造骨骼日本物质和材料研究机构与有关大学合作开发出新的人造