论文-仿生高分子材料

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1、仿生高分子材料摘要：概述了仿生材料的操作模式和有关理论，仿生材料和仿生技术的应用，认为21世纪仿生材料科学技术与生物技术、信息技术和能源技术一样会成为现代社会新兴和重要的技术类型。“仿生”一词来源于拉丁字“bios”（生命方式），仿生技术的基础是模仿，模仿生物系统的构造及工作原理。研究生物系统的结构、物质、功能、能量转换、信息控制等特征，并将研究结果应用于技术系统，以改善现有的技术工程设备，创造新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等科学。仿生技术是将生物系统的优异能力及产生的功能原理和作用机理作为生物模型进行

2、系统研究，再运用于新技术设备的设计与制造，或者使人造技术系统具有类似生物系统的特征。仿生材料和技术的出现极人地丰富了人的思维想象能力，拓宽了思维视野，借助于生物界的一些结构、运动形式和规律等，为发现或发明新的事物、创立新的理论提供了科学的依据。随着现代科技的迅猛发展，仿生技术和仿生材料的应用和发展也日益广泛，在纺织、建筑、医学和军事上有着重要的用途。1仿生技术操作模式和有关理论1.1操作模式仿生技术是将生物系统结构、功能、能量转换和信息传递等各种优异特性运用到技术系统，以改善已有的工程设备，并创造出新工艺、

3、自动化装置、特种技术元件等技术系统的过程及结果，如图1⑴所示：II•何题-f生物原型f—亠j數学模舉厂f技术樓忍——*技术转置图1仿生技术的操作模式A根据科学研究和生产实践中提出的技术问题，选择性地研究生物体的某些结构与功能的关系或能量转换、信息传递的关系，将研究所得的资料简化，吸取对技术要求有益的内容，得到一个生物模型，又称生物原型。B将生物模型提供的资料进行数学分析，使内在联系抽象化，把生物原型翻译成数学模型。如所建立的数学模型不当，可返回生物原型重新推敲和抽象。C根据数学模型，采用电子的、化学的或机

4、械的手段，制造出可在工程上进行实验的实物模型。经过反复实验（必要时可退至生物模型再进行前述环节的操作）、改进或发展成各种技术模型，最终实现对生物系统的工程模拟。在实际的仿生操作中，有时只需要进行上述一般操作过程的部分步骤。1.2个体仿生技术和生态仿生技术1.2.1个体仿生技术个体仿生技术侧重于对生物个体功能组织结构的研究和模仿，以获取结构合理、功能优化、节能降耗的设备和产品，同时能拓展人类的生存、生活空间和能力。个体仿生技术就是传统意义上的仿生学。目前，个体仿生技术已从传统的生物机械原理仿生、生物感觉器官仿

5、生深入到生物的化学原理仿生。1.2.2生态伤生技术仿生技术的第2个层面是生态仿生技术。生态仿生技术通过对自然生态系统的研究，使人类在对物理元素、化学元素和能量元素的使用上达到清洁、高效、循环的理想境界，以求人类的持续发展。生态仿生技术要求在技术创造、实施和技术结果的全过程中效仿自然生态系统的基本法则，即高效低耗、无污染及材料可回收循环使用，并且技术本身的使用不违背生态演化的规则。2•仿生材料和技术的应用2.1仿生材料在纺织上的应用2.1.1仿生染色仿生染色，是指充分认识生物色素的特性，即生态性、功能性和相容

6、性，使这些特性可以存在常规的染色加工。自然界物种多种多样，色彩缤纷，有绚丽多姿的花朵，也有五颜六色的动物。在生活中，最常见的生物颜色就是植物中的绿色，它是由叶绿体产生的。除叶绿体的色素外，其它许多天然色素如广泛存在于许多植物的叶、攀和果实中的类胡萝卜索；海带等藻类含有少量岩藻黄素，它可和蛋白质结合在一起呈红色，和叶绿素混合在一起成褐色，在热水中煮沸，岩黄素和蛋白质分离，红色消失，剩下绿色。在动物中的色素也是和蛋白质等其它组成紧密结合在一起的，是生物体的组成之一。例如动物中的黑色素，它含有口引噪等结构，并直接

7、和蛋白质的肽链连接在一起，是生物组织的一部分；生肉的红色是血红蛋白的颜色。另一类生物色素是荧光生物色素，最知名的是荧火虫的荧光素。一些细菌也可产生荧光，它们的细菌荧光素在细菌荧光素酶的催化作用下，发生一系列的氧化还原反应，并发出荧光。人类很早就会提取天然色素来进行染色和印花，特别是从生物(植物和动物)中提取色素来染色。印花布图案设计方面，仿形、仿色较为普遍，各种动物图案、植物图案和自然风景图案比比皆是，是仿生与技术美学完美的结合。在色彩上，阳光、丛林、海滨、宝石等火自然色调到处可见，都是仿生在服装色彩上成功

8、的应用，仿真的程度惟妙惟肖，深受人们的喜爱。生物中的色素是生物体的重要组成部分之一，它是生物长期进化，通过生化过程形成的，是地球生态链中不可缺少的成员。它们不会危害生物和地球环境。了解其色素特点，模仿生物中的色素结构、分布和功能，进行仿生染色，将是一种新的生态染色途径。2.1.2变色龙与变色纤维变色龙是一种会随环境变化而改变自身颜色的动物。将这种变色的原理加以系统分析研究以后，人们开发岀了多种变色材料。其变色类型