生物智能、新能源技术及节能材料

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3、，是现代高技术新材料发展的重要方向之—，将支撑着未来高新技术的发展．使传统意义下的功能材料和结构树料之间的界线将逐渐消失，实现结构功能化，功能多样化。因此．科学家们预言智能材料的研制成功和大规模应用将导致材料科学发展的又一次重大革命。智能材料系统和结构集传感、控制和驱动(执行)等功能于一体．它能适时地感知与响应外界环境的变化。作出判断，发出指令，并执行和完成动作．在高水平上实现自检测、自诊断、自监控、自修复及白适应等多种功能。目前研究开发的智能材料系统印结构的主要材料有形状记忆材料、压电材料(合压电陶瓷、压电聚合物)、电(磁)致伸缩材

4、料、光纤和电流坐体、磁流交体等。利用这些机敏材料的功能．通过多种材料组元的功能复合和仿生设汁，将智能属性“注入”材料系统的宏观和微观结构中．便得到传感、控制和驱动于一体的智能材料系统和结构。仿生物材料是未来智能材料科学与工程发展的最重要方向之一，其基本原因就在于仿生物材料在生物兼容性的基础上，从材料制备到应用都与环境、人体有着自然的协调性。由于跨生物技术和材料技术两大前沿，仿生物材料具有广阔的发展前景。目前，生物材料已发展成为材料科学的一门主要学科。一、仿生物材料的环境性能人工制造的具有生物功能、生物活性，或与生物体相容的材料称为仿生

5、物材料。目前的仿生物材料主要包括两类：一类是天然生物材料。即通过由天然生物过程形成的材料，如结构蛋白、生物软组织、生物复合纤维及生物矿物等；另一类是指人造的生物医用材料，包括一些人造器官、人体植人材料．组织工程材料等。如图3-1所示，仿生物材料的环境性能主要体现在生物相容性及环境协凋性等两个方面。仿生物材料的环境协调性主要体现在材料的成分设计及制备工艺等方面。在成分设计上要使得材料在使用过程中满足生物兼容性的要求，使仿生物材料的表面与环境有一种相容性。在制备工艺方面，一般多采用与环境、生物友好的方式。如人造器官、生物陶瓷复合材料等材料

6、及产品的制备大都是模拟天然合成过程，体现了仿生物材料的环境协调性。图3-1仿生物材料的环境性能示意图评价材料的生物相容性一般有两个指标．一个是宿主反应．另一个是材料反应，具体内容见表3-1。表3-1评价材料的生物相容性的有关指标宿主反应指将材料植入生物体后，材料本身对生物活体的作用。包括材料植入部位的邻近组织对材料的局部反应，以及远离材料植入部位的组织和器官，乃至整个活体系统对材料的全身反应。宿主反应是由于构成材料的元素、分子或其他降解产物(微粒、碎片等)在生物环境作用下，被释放进入邻近组织甚至整个活体系统而造成的，或来源于材料制品对

7、组织的机械、电化学或其他刺激作用。可能发生的宿主反应包括局部反应、全身毒性反应，过敏反应、致突、致畸、致癌反应，结果可能导致对组织和机体的毒副作用和机体对材料的排斥作用；宿主反应也可能是积极的反应，如新血管内膜在人工动脉表面生长、韧带假体对软组织的附着、组织长入多孔材料的孔隙等，其结果有利于组织的生长和重建。材料反应指将材料应用于生物体中，生物活体环境对材料的各种作用，包括材料在生物环境中被腐蚀、吸收、降解、磨损、膨胀和浸析等失效作用。腐蚀主要是体液对材料的化学侵蚀作用，特别对于金属植入人体有较大的影响；吸收作用可改变材料的功能特性，

8、如使材料的弹性模量降低，屈服应力增高：降解可使材料的理化性质退变，甚至解体而失效，对高分子和陶瓷材料影响较大；材料失效还可以通过多种其他机制产生，如修复体部件之间的磨损，在应力作用下造成的固定修复体破裂等；在生物体中，某