張芝龍

摘要：新型材料的突破與發(fā)展，需要我們大膽的創(chuàng)新實踐，甚至向其他生物“學習”。仿生材料就是人類向地球上其他生物“學習”的成果。本文主要向大家普及仿生材料的概念、特性，并通過目前人們在生產(chǎn)生活中運用仿生材料的例子，讓大家進一步了解和認識仿生材料的研制使用現(xiàn)狀以及未來的前景。

關(guān)鍵詞：仿生材料；復合材料；生物結(jié)構(gòu)

科學技術(shù)深刻地改變著我們的生活，讓我們的生活變得越來越方便美好。許多科學技術(shù)的成果就運用在我們的身邊的事物上，讓我們直觀地感受到科學的神奇和人類的偉大。比如，我們制造各種工業(yè)用品和生活用品的材料，就是在經(jīng)歷著日新月異的發(fā)展，由以前單純的自然材料、物理加工材料，發(fā)展到現(xiàn)在的先進復合材料、仿生材料、智能材料。

其中，仿生材料的大量研制與使用，正在日益改變著我們的生活。天然生物材料經(jīng)過億萬年的進化，形成了特殊的結(jié)構(gòu)，具有非常優(yōu)異的性能。通過研究和利用這些天然生物材料的特性，制造出適合現(xiàn)代需求的優(yōu)質(zhì)材料，這是一個十分誘人、非常有價值的材料科學發(fā)展領(lǐng)域。

那么什么是仿生材料呢？我們來看看材料學專業(yè)角度的解釋：仿生材料是指模仿生物的各種特點或特性而研制開發(fā)的材料，通常把仿照生命系統(tǒng)的運行模式和生物材料的結(jié)構(gòu)規(guī)律而設計制造的人工材料稱為仿生材料。大自然是奇妙的，創(chuàng)造許許多多的生物杰作，這些生物在各自的生物圈層里能夠生存繁衍至今，肯定是已經(jīng)進化出了能在地球立錐的特殊本領(lǐng)。從材料領(lǐng)域來講，這些生物的天然結(jié)構(gòu)性能許多都是遠遠優(yōu)于物理制造材料的，人類仿照這些生物結(jié)構(gòu)與性能，用于材料研究和使用，具有十分重要的意義。仿生材料最大的特點是適應性和自愈合能力，它在強度、剛性與韌性等許多綜合性能上都可以達到最佳。

科技迅猛發(fā)展的今天，仿生材料在我們的生產(chǎn)和生活當中都有哪些奇妙的應用呢？

一、利用仿生技術(shù)和新型材料技術(shù)，我們制造出了仿生高強度和高硬度的材料

這方面的應用的代表如仿蜂窩、仿貝殼、仿竹等材料。首先，我們來看仿蜂窩復合材料。這是受蜂窩的啟發(fā)而研制的一種新型材料，它充分體現(xiàn)了蜂窩的結(jié)構(gòu)特點，里面的蜂巢六邊形的結(jié)構(gòu)硬度和強度都比傳統(tǒng)材料好，而且質(zhì)量輕，節(jié)省資源，廣泛運用于建筑、家具、包裝甚至航空航天領(lǐng)域。其次，我們來看仿貝殼材料。我們都知道貝殼有一個珍珠層，這種珍珠層是一種天然的有機-無機層狀生物復合材料。利用這一結(jié)構(gòu)特點，可以研制開發(fā)出新型的層狀復合型材料，這種材料的特點是高強度、高韌性，廣泛使用于社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域。再來看看仿竹材料。竹子是我們常見的一種植物，竹干具有強度高、彈性好及密度較小的特點。科學家根據(jù)竹的結(jié)構(gòu)特質(zhì)，研究制造的仿竹新型復合材料，在具體的應用過程中，體現(xiàn)出比鋼材等傳統(tǒng)材料更優(yōu)良的特性。

二、借鑒生物的結(jié)構(gòu)特性，可以研制開發(fā)出仿生高韌性材料

許多我們?nèi)粘Ｒ姷降男±ハx、小動物，非常不起眼。但在材料科學家眼里，有時卻是靈感的源泉。比如，我們常見的蜘蛛、壁虎甚至是我們討厭的跳蚤，都可以成為我們的“老師”。科學家根據(jù)這些昆蟲的特性，研制了蜘蛛絲、跳蚤節(jié)肢蛋白、壁虎纖維剛毛等仿生新型材料。根據(jù)蜘蛛網(wǎng)的啟示研制的蜘蛛絲材料，具有韌性好、質(zhì)地輕等優(yōu)良的特點，這類型的材料已經(jīng)廣泛運用于我們的生產(chǎn)生活，甚至在航空航天等高精尖領(lǐng)域，也能見其身影。我們都知道軍事領(lǐng)域的航母彈射器，屬于軍事領(lǐng)域內(nèi)的高科技產(chǎn)品，其材料結(jié)構(gòu)其實是借鑒了我們生活中一種非常討厭的昆蟲——跳蚤的肢干。同樣，我們知道壁虎是有特殊本領(lǐng)的，它可以穩(wěn)穩(wěn)地趴在垂直光滑的墻上不掉下來，得益于它腳掌上的纖毛。利用這一特性，我們研制出了具有超強黏性的復合材料。

三、一些植物的“超疏水”特性，啟發(fā)我們研制超疏水的材料

在我們身邊，有許多動物植物平凡而普通，但實際上它們能夠生存在這世界上，都有非常驚人的“本領(lǐng)”。宋朝的大儒周敦頤詠荷的句子“出淤泥而不染、濯清蓮而不妖”，流傳千古。其實，荷葉不粘水的特性早就被科技工作者重視了。荷葉不粘水、不粘泥，是因為其固有的結(jié)構(gòu)特性決定的。仿荷葉結(jié)構(gòu)制造出的材料，可以制作沙漠的集水器、生活生產(chǎn)器物的自清潔涂層。

總之，地球上形形色色的生物，能夠立于這個世界，繁衍生息，肯定有其特殊的本領(lǐng)，其中很大部分體現(xiàn)在這些生物的結(jié)構(gòu)構(gòu)造上。只要我們有一雙善于發(fā)現(xiàn)的眼睛和勤于思考的大腦，我們就有可能從最平凡的生物當中，得到非常有價值的啟發(fā)，創(chuàng)造出性能卓越的仿生復合材料，運用于人們的生產(chǎn)生活，造福于人類。

參考文獻：

[1]肖罡，張靚，彭欣健.仿生材料的應用研究與發(fā)展前景[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2010，23（4）.

[2]房巖，孫剛，叢茜，等.仿生材料學研究進展[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2006，37（11）：169-173.

（作者單位：四川省射洪中學校 高2015級15班）