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1、摘要:自然界中有很多值得人类借鉴的地方。在几千万年的进化过程中,生物体创造出,、。,各自独特的功能如坚硬的贝壳约丽的色彩等当前的研究表明这些独特的性能都与生物体自舟在徽观尺度上的材料组装结构有关。随着纳米技术的发展,现代日程。而,通过纳米材抖的应用逐渐摆上议事在众多纳米材杆的特殊性质中,,特定的组装方法将材杆加工成特珠的结构并显示出微观和宏观的双重功能正逐渐成为当前材抖科学研完的热点之一。模拟生物矿化是其中的重点研究方向之一。通过时,,贝壳等生物矿物组织和结构的研究探讨其生长机理从而发极出合适的,化学和物理组装方法构筑类似依靠生命体所创造的材料正是目
2、前模拟生物矿。,化的工作重点本文从生物体中的纳米现象出发阐述了生物体合成纳米材料的过,。程及其对现代纳米材抖研究的借鉴作用::;;关键词纳米材料生物材料仿生矿化仿生1,、自然界中的纳米材料量用作无脊椎动物的保护部分如贝壳甲自然通过数千万年进化出来的生物体壳等。这种常见的化合物,在我们的建筑上。,有着人们无法想象的复杂性从微观角度,随处可见其本身的强度和硬度是有限的,。,看很多生物体特殊的功能都与纳米息息相原本不足以抵抗外界很大压力然而生物关。更加令人惊奇的是,不仅生物体所用的体却创造性的使用了有机、无机杂化的方,,,,材料尺度是微观的而且生物体还对这
3、些法并通过微观尺度上的组装增强了其机、,有机无机材料进行了进一步的处理使得,械性能使得这种矿物质能够满足生物体保,。,整体显示出一种微观尺度上的高度有序性护自身的作用以软体动物贝壳为例经研,,同时正是由于这种微观尺度上的有序组究发现其主要成分为碳酸钙的两种最稳定,。装使得材料的性质与普通宏:观材料显示了晶型之一方解石或文石这些碳酸钙以一。,,,极大的不同进一步的研究发现生物体采定的方式组织起来尤其是珍珠质部分这用这些组装结构都与其所需性能密切相关。部分材料呈一种有序的堆叠结构。这种结构,,,首先在材料的机械性质上微观尺与建筑上常用的砖泥结构相类似以碳
4、酸钙,度的组装能够极大的提升特定材料的机械性“”晶体(多为文石)单元为砖以有机体如蛋白。、、,能通过对贝壳牙齿骨骼等的研究发质等为“泥”使用层层堆砌的方式形成如图,,现这些生物体中最坚硬的部分其主要组l所示。研究发现,这种结构比普通碳酸钙矿,、成为各种无机矿物质如碳酸钙二氧化,、。,物有着更高的强度和硬度可以很好的分散硅轻基磷灰石等尤其是碳酸钙其被大外,界的压力从而起到保护和支撑生物体的.一.:。。a年第5卷第56期(总第2627期).(a)双壳类NPomp111us贝壳珍珠质结构的SEM图;。(b)这种珍珠质结构组成的示意图图1贝壳珍珠质层中有机无
5、机杂化等级结构的S〔M图及示意图生物体选用的有序材料不仅用于提升涉、衍射或散射等,过滤出特定波长的,,机械性能在光学性能的提高上生物体也光,从。这其中最著而显示出美丽的色彩。显示了强大的实力一种被称为结构色的生,,名的是光子晶体这是一类特殊的晶体物体显色方式被发现是纳米层次上的有序和其原理很像半导体,有,一个光子能隙在。无序结构相互作用的结果生物如蝴蝶(图此能隙。里电磁波无法传播蛋白石是其中,、,,2(a)(b))鸟类(图2(e)(d))蛾子等,的典型它的组成仅仅是宏观透明的二氧,,许多有着非常绚丽的色彩研究发现这些化硅,其立方密堆积结构的周期性使其
6、具,色彩,不一定是色素产生的很大一部分与生有了光子能带结构随着能隙位置的变。,,物体的微这部,观结构有关电镜观察发现化反射光也随之变化最终显示出绚丽,分(e)(生物体通过将微观材料在特定尺度空间的的色彩(图2f))排列,使得某一波段的可见光在其间发生干,.,,,.(ab)大闪碟Md1d1dus(ed)孔雀(ef)蛋白石图2自然界中有结构色的生物照片及其形成结构色的组成部分的SEM图一一2005年第5卷第s6期(总第2627期).,除结构色外生物体还用特殊组装形式通过0到100个15pm的传感器组成的特殊,邮来完成对外界光线的感应如形成复眼结构,。,陷
7、窝器来侦测红外线这种优异的传感能力等以蚊子的复眼为例其不仅仅是由无数,如能很好的运用必将对人类的遥感技术产,微米级的小眼组成而且每个小眼表面都有生深远的影响。这些器官主要是特殊的有机,无数纳米结构的整齐排列这使得蚊子复眼材料,也有生物体利用纯无机材料显示自己,具有了优异的超疏水性从而具有很好的防。i川estars。的光学性能如海蛇尾br利用单晶雾能力纳米在此继续显示着其巨大的威方解石作为自身的光探测器,对不同的光线,eanoaaeunate力还有一种名为Mlphilmi的。显示出不同的颜色甲虫的可以感知SOkm以外的森林火灾。它们,(A)蚊子复眼和(
8、bD球状凸起的SE抽圈(e)甲虫Mel。noph11。acumnate,,1的照片(d)其陷窝器的s〔阴图,
