仿生伪装与生物驻极体续

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1、万方数据物理与T程V01．19No．62009仿生伪装与生物驻极体(续)吴宗汉(东南大学物理系，江苏南京210096)(收稿日期：2009—04—13)摘要本文介绍了人类受到自然界的物质结构的启示，仿照生物的伪装方法、理念来改变人类的设计思路；以及直接利用生物材料或仿制出人工材料使之具有与生物材料有相同的功能．介绍了“仿生伪装”和生物驻极体(具有驻极态特性的生物材料)用于伪装材料方面的实践和发展．关键词生物驻极体；驻极态；伪装(隐身)材料；仿生伪装材料BIONICCAMoUFLAGEANDBIOLOGICALELE

2、CTRETWuZonghan(DepartmentofPhysics。SoutheastUniversity，Nanjing，Jiangsu210096)AbstractInspiredbythematerialstructureinthenature，inthispaper，wehaveappliedani—malcamouflagetoimprovingourdesignideaandstrategy．Wealsodirectlyutilizethebiologi—calmaterialorsynthesize

3、theartificialmaterialtomakethemhavethesamefunctionasthebio—logicalmaterial．Furthermore。thisarticleespeciallyintroducestheconceptofbioniccamou—flage，thepracticalapplicationofbiologicalelectretsusedasthecamouflagematerial，anditsdevelopmentinthefuture．KeyWordsbio

4、logicalelectrets；electretsstate；camouflagematerial；bioniccamouflagemate—rial(续前)(本文前半部分刊登在本刊2009年第5期P50～P53页)2“仿生伪装”材料和仿生结构的相关问题2．1生物驻极体材料驻极体是一种和“永磁体”相对应的电类似物，它能够“永久”保留电极化状态．人们把这种永久保持的电极化状态称之为“驻极态”．人们发现生物体作为一个物理实体，它和一般物质一样，具有其特有的力学、热学、电学、磁学等各方面的特性，但更有趣的是，它也存在“

5、驻极态”．如骨的驻极态早在20世纪50年代就被研究了，人、牛、犬和齿类动物的各种骨骼(股骨、胫骨、脊椎骨等)都有极大的极化存储，最大的可达10。C／cm2．利用热激电流法(TSC)进行的测赶可以发现48其重现性很好，并且根据“驻极体退极化”效应可以对骨的种类进行分类．从热激电流法测量的分析也可得出电荷存储的产生原因主要是空间电荷效应．骨中的驻极效应表现出的场强很大，约为lOkV／cm，这比骨中压电极化要大几个数量级．同样，电场对于骨的生长速率有很大影响．早在1953年日本就有用电流刺激促进骨骼生长的报道．1984年

6、我国也有人用驻极体膜作为骨愈膜来促进骨愈合．日本科学家对生物组织的压电性能做过大量工作，测出的骨骼压电效应表明骨的凹的部分产生负的压电极化，凸的部分则为正的压电极化．“负”则是促进骨的生长，“正”则是抑制作用．此外，齿、角、毛发等都有压电效应，且此效应同它们的应力状态有关．这些都表明了生物体中有驻极态存在．而利用生物体的驻极态应用于伪装材料，都是从大自然的启示中得到的．例如，有一种黑豹，它的皮毛可以吸收大多数光线，有一种万方数据物理与T程V01．19No．62009夹竹桃科的蝴蝶，它的蛹是高密度、低变化的几丁质，几

7、丁质是一种生物驻极体，它具有非常彻底的反射入射光的特性，几丁质层极薄，极其透明，30层以上也只有150～250nm厚．还有一个事实值得一提，在广岛原子弹大爆炸后，许多生物都遭劫难而大批死亡，但很有趣的是许多螃蟹却有幸能健康地生存了下来，这种天然的抗辐射的能力是不可不重视的．从上面的叙述可以看出在抗辐射中起了重要作用的，一是“材质”，二是“结构”，因此，材质问题不可轻视．而这些材料中，很多都是生物驻极体，如几丁质就是常见的一种．2．2仿生结构分析有人对蛾子小眼作了显微分析，可以发现其小眼的锥状突起物提供了从空气到小眼

8、的折射率变化．有人在1956年设计了一个类似结构，提高增透效果(图2)．图2蛾类小眼结构另外，在对蛾、蝇等生物的眼结构的电子显微镜分析可得知，蝇眼的细微结构表明有周期性的光栅结构，它能在足够宽的角度内将反射光减少到最小．由图3可见，昆虫眼睛在平直表面上有突起结构，也有弯曲表面上的光栅结构．图3蛾、蝇眼结构生物体巨大的极化储存是生物体中的一些特征基因或结构水的