智能高分子材料与仿生化ppt课件.ppt

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1、第六章智能高分子材料与仿生化绪论智能仿生材料天然生物材料的结构特征与仿生生物体的表面性能及其仿生纳米界面材料主要内容长颈鹿萤火虫乌龟苍蝇蝴蝶甲虫蝙蝠冷光一次可拍1329张的照相机二元化武器雷达宇航员的失重现象薄壳建筑物迷彩服仿生——模仿生物的某些结构和功能来发明创造各种仪器设备，这就是仿生。6.1仿生学概述仿生学(Bionics)：模仿生物系统的结构、形状、原理、行为以及相互作用，建造技术系统，或者使人造技术系统具有生物系统特征或类似特征的科学，简而言之，仿生学就是“模仿生物的科学”。仿生学是一门生命科学、物质科学、信息科学、数学和工程技术等学科相互渗透而结合成的一门边缘科学。迷彩服就是仿生斑

2、马的条纹而制造的仿生蝙蝠造出了雷达长颈鹿的血液循环系统为人类的载人航天事业起到了至关重要的作用蛋壳型的建筑水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。宝马H2R氢燃料汽车外型和设计的灵感来自海豚、企鹅的低阻身材。圆鼓的前脸、收起的尾部，极小的正锋面，成就了其0.21的阻力系数。同样，尺寸庞大的宝马7系得益于其流线造型，阻力系数也仅为0.29。美国研发出一款举世无双的“海豚潜艇”，它不仅在外形上酷似海豚，而且能像海豚一样时而潜入水中，时而跃出水面做出惊险刺激的翻腾动作。仿生材料（Bio-inspired）：受生物启

3、发或者模拟生物的各种特性而开发的材料。材料的仿生包括模仿天然生物材料的成分和结构特征的成分、结构仿生、模仿生物体中形成材料的过程和加工制备仿生、模仿生物体系统功能的功能仿生。6.2智能仿生材料从仿生学的观点出发，仿生智能材料应具有或部分具有下列生物功能：(1)有反馈功能，能通过传感神经网络，对系统的输入和输出信息进行比较，并将解结果提供给控制系统；(2)有信息积累和识别功能，能积累信息，能识别和区分传感网络得到的各种信息，并进行分析和解释；(3)有学习能力和预见性功能，能通过对过去经验的收集，对外部刺激作出适当反应，并可预见未来并采取适当的行动；(5)有自修复功能，能通过自生长或原位复合等再生

4、机制，来修补某些局部破损；(7)有自动动态平衡及自适应功能，能根据动态的外部环境条件不断自动调整自身的内部结构，从而改变自己的行为，以一种优化的方式对环境作出响应。(6)有自诊断功能，能对现在和过去的情况作比较，从而能对诸如故障及判断失误等问题进行自诊断和校正；(4)有响应性功能，能根据环境变化适时地动态调节自身并作出响应；例：昆虫复眼感光膜的视觉神经纤维具微纳米结构（由紧密排列的柱状的微绒毛构成，绒毛的长度约1-2um、直径约60nm)；应用复眼机制，可制造出极薄的感知器。生命体中特殊机能的智能化大多与其微观结构密切相关。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.

5、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」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鲨鱼皮肤表面具有排列有序的微小鳞状突起，这些突起在水中具有整流效果，可以减少水的阻力，从而使鲨鱼在水中能够快速前进。能量重组：人们对萤火虫的发光机制作了研究,其发光原因是由于化学能高效率地转化为光能。虽然人类在化学领域中已体验了遗传信息的钥匙-核酸的魅力,在试管中实现其功能的研究也取得了很大的进步,但是像萤火虫的这种能量变换方法目前人类还做不到。随着地球上现在所使用的

6、能源逐渐枯竭,人类寻求新能源的任务已迫在眉睫,如果能够找到象某些生物那样能够高效率地进行能量变换或者能量重组的材料与方法,将为人类的未来带来希望和光明。萤火虫的发光，简单来说，是荧光素（在蓝光或紫外线照射下，发出绿色荧光的一种黄色染料）在催化下发生的一连串复杂生化反应；而光即是这个过程中所释放的能量。超能吸水：我们常见的西瓜是一种含水量极高的水果,在它的启发下,人们研制了一种与西瓜纤维素构造相似的超吸水性树脂,它是用特殊设计的高分子材料制造的,能够吸收超越自身重量数百倍到数千倍的水份,现在已用于废油的回收,既经济又高效。这种材料如果进一步得到完善的话,将来液体的包装和输送就可能用一种全新的技术

7、来代替。比如,将来的饮料就不再是用现在的杯子来装,而是只要用一片薄膜即可。又叫水瓜，寒瓜,夏瓜，因在汉代从西域引入，故称“西瓜”。西瓜味道甘甜多汁，清爽解渴，是盛夏的佳果，既能祛暑热烦渴，因此有“天然的白虎汤”之称。西瓜除不含脂肪和胆固醇外，几乎含有人体所需的各种营养成分，是一种富有营养,纯净，食用安全的食品。仿生空心结构材料：自然界中很多生物都是采用多通道的超细管状结构，例如许多植物的茎都是中空