仿生复合材料.ppt

《仿生复合材料.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、自然界的生物材料复合是自然界的基本规律天然材料是最完美的材料，人的心脏，75*60分*24小时*365天*80年=3，153，600，000跳/一生该完美的特性就来源于复合与自修复123美国新经济杂志「Business2.0」预期，「仿生」是未来人类开创更美好新世界的八大科技之一！生物的骨骼构造比钢铁强硬；啄木鸟的脑壳有最紧密组织的抗震骨骼；蜘蛛丝有五倍钢铁的硬度与延展性；墨鱼的瞬间加速可以达到每小时20哩；蜂鸟飞行600哩旅程耗费不到十分之一盎司的能量；蝙蝠的回音定位使用促進了雷达开发改进；莲花效应有绝佳的抗污性和疏水性自然生命世界蕴藏所有科技的奥秘与答案

2、……。4仿生学是研究生物系统的结构和性质，为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学。仿生学的研究主要包括：力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。仿生学的范围很广，信息与控制仿生是主要领域。一方面由于自动化向智能控制发展的需要，另一方面是由于生物科学已发展到这样一个阶段，使研究大脑已成为对神经科学最大的挑战。人工智能和智能机器人研究是仿生学研究的主攻方面。由于生物系统的复杂性，搞清某种生物系统的机制需要相当长的研究周期，而且解决实际问题需要多学科长时间地密切协作，这是限制仿生学发展速度的主要原因。5昆虫的特异功能视觉功能通讯功能建筑功能存活了3亿年的昆虫6视觉

3、功能复眼为许多单眼的结合，可使焦距大幅缩短应用复眼机制，可制造出极薄的感知器7通讯功能昆虫的触角可感知区区1个分子，并找出数公里外的气味源模仿家蚕蛾的神经网络，设计出「气味源探测器」8建筑功能六角形组成的的蜂巢结构，既轻又坚固日本新干线车厢采用「铝蜂巢结构」此结构也用于机翼上9存活了3亿年的昆虫-蟑螂从感知风速到逃跑只需0.044秒，人类需要0.3秒尾肢可对秒数2公分的风做出反应可做微流速感知器10仿生材料科技的新思维多从自然界动植物中寻求灵感从事以生物为材料主体的研究再生利用,源源不绝的概念11一、仿生壁虎胶带壁虎胶带12电镜显示,壁虎脚上有密集的刚毛,长度为30～1

4、30m的刚毛,每只脚上就有近50万根刚毛,并且每根刚毛又有400～1000根直径为0.2～0.5m的细分叉,因此壁虎与附着物体有极大数目的接触点,总的范德华力相当大,足以支持壁虎的全身重量。131415Geimetal.NatureMaterials,2003;26218:1～3.模拟刚毛细分叉1617二、荷叶效应1819荷花效应主要是指莲叶表面具有超疏水以及自洁的特性。由于莲叶具有疏水、不吸水的表面，落在叶面上的雨水会因表面张力的作用形成水珠，换言之，水与叶面的接触角会大于150度，只要叶面稍微倾斜，水珠就会滚离叶面。因此，即使经过一场倾盆大雨，莲叶的表面总是能保

5、持干燥；此外，滚动的水珠会顺便把一些灰尘污泥的颗粒一起带走，达到自我洁净的效果，这就是莲花总是能一尘不染的原因。20为什么会有这种“荷叶效应”？用传统的化学分子极性理论來解释，不仅解释不通，恰恰是相反。从机械学的粗糙度、光洁度角度来解释也不行，因为它的表面光洁度根本达不到机械学意义上的光洁度（粗糙度），用手触摸就可以感到它的粗糙程度。经过2位德国科学家的长期观察研究，即在1990年代初终于揭开了荷叶叶面的奥妙。原来在荷叶叶面上存在著非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。21Prof.Dr.WilhelmBarthlott22荷叶粗糙表面上有微米结构的乳突，平均直径为5-

6、9um，单个乳突又是由平均直径约为124.3nm的纳米结构分支组成，乳突之间的表面同样存在纳米结构。微米-纳米的分级复合结构23在荷叶表面微米结构的乳突上还存在纳米结构，这种微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是引起表面超疏水的根本原因，而且，如此所产生的超疏水表面具有较大的接触角及较小的滚动角。另外，在荷叶的下一层表面同样可以发现纳米结构，它可以有效的阻止荷叶的下层被润湿。24单一微米或纳米结构示意图（上）微米-纳米的分级复合结构示意图（下）由于微、纳米结构并存，大量空气储存在这些微小的凹凸之间，水珠只与荷叶表面乳突的部分蜡质晶体绒毛相接触。252627表面细微的纳米结

7、构在自洁功能上扮演着关键的角色以荷叶为例，水珠与叶面接触的面积大约只占总面积的2～3%若将叶面倾斜，则水珠被迫以滚动方式运动。滚动时，会顺便吸附起叶面上的污泥颗粒，一同滚出叶面达到清洁的效果。28相形之下，在同样具有疏水性的光滑表面水珠只会以滑动的方式移动并不会夹带灰尘离开因此不具有自洁的能力。表面细微的纳米结构在自洁功能上扮演着关键的角色29蝴蝶翅膀由微米尺寸的鳞片交叠覆盖，每一个鳞片上分布有排列整齐的纳米条带结构，每条带由倾斜的周期性片层堆积而成。昆虫翅膀表面的自清洁性30RO蝴蝶以身体为中心轴向外发散方向（RO方向）倾斜，水滴易