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仿生材料在集水领域应用的研究现状

材料工程 2020年第3期48卷 10-18页

作者：陈振张增志杜红梅王晗王立宁丛中卉吴浩平中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国矿业大学(北京)生态功能材料研究所北京100083

目前,淡水资源紧缺已经成为一个全球性的难题,特别是在一些干旱和欠发达地区,问题更加严峻。在自然界中,许多生物能够从雾气中获得水分,这为开发新颖的功能性集水材料提供了灵感。最近,在实际应用和基础研究方面,仿生集水材料作为一个... 详细信息

目前,淡水资源紧缺已经成为一个全球性的难题,特别是在一些干旱和欠发达地区,问题更加严峻。在自然界中,许多生物能够从雾气中获得水分,这为开发新颖的功能性集水材料提供了灵感。最近,在实际应用和基础研究方面,仿生集水材料作为一个热门的课题越来越受到人们关注。本文总结了纳米布沙漠甲虫、仙人掌和蜘蛛丝的集水机理,并叙述了仿生材料的合成、功能和集水效率,以及最近几年仿生材料新的发展。最后,对仿生集水材料在制备和应用过程中存在的主要问题进行总结并对未来发展趋势进行展望。

关键词：沙漠甲虫仙人掌蜘蛛丝仿生材料集水效率

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极端环境下自愈合仿生材料的研究进展

表面技术 2022年第6期51卷 14-26,35页

作者：李瑞琪田澍杨静张雷天津大学化工学院天津300072 天津大学教育部合成生物学前沿科学中心天津300072 天津大学系统生物工程教育部重点实验室天津300072

自愈合材料是受动物天然皮肤的启发,可识别损伤并自我修复的一种新兴材料。这类材料可应用于工程装备的表面或智能设备的基底,修复开裂与机械损伤,延长设备的工作寿命。而在极端环境(低温、水下、强酸、强碱等)下可以自主愈合的材料更... 详细信息

自愈合材料是受动物天然皮肤的启发,可识别损伤并自我修复的一种新兴材料。这类材料可应用于工程装备的表面或智能设备的基底,修复开裂与机械损伤,延长设备的工作寿命。而在极端环境(低温、水下、强酸、强碱等)下可以自主愈合的材料更具工业应用前景,但同样也是材料领域的难点。梳理了目前可在极端环境下实现自主愈合的本征型弹性体材料的研究情况。首先,深入总结了弹性体聚合物网络中动态共价键与超分子相互作用通过可逆断裂实现本征自愈合的机制,具体包括在自主愈合弹性体设计中应用最广的二硫键/二硒键、亚胺键、氢键和金属配位键;并梳理了弹性体在不同极端环境下自愈合的研究进展,主要介绍了它们的制备方法和自愈合性能。而后,总结了极端自愈合仿生材料在防护涂层、柔性电子、储能装置和密封元件等工程装备及智能设备领域的应用。最后,对该领域现存的挑战以及未来发展进行了分析。

关键词：极端环境仿生材料本征型自愈弹性体动态共价键超分子相互作用

《仿生材料化学》专辑序言——向大自然学习构筑新材料与新体系

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应用化学 2022年第1期39卷 1-2页

作者：侯旭厦门大学化学化工学院固体表面物理化学国家重点实验室厦门361005

从工业4.0到中国制造2025,材料——作为人类社会进步的基石,每一次的重大突破都改变着人类的生产生活方式。每一种新材料的诞生,都有可能颠覆以往的技术手段,加速人类文明的历史进程。因而,设计开发具有独特性能的新材料成为材料、化学... 详细信息

从工业4.0到中国制造2025,材料——作为人类社会进步的基石,每一次的重大突破都改变着人类的生产生活方式。每一种新材料的诞生,都有可能颠覆以往的技术手段,加速人类文明的历史进程。因而,设计开发具有独特性能的新材料成为材料、化学、物理等领域科学家们的共同目标。20世纪60年代,"仿生"一词开始出现和使用,标志着仿生学作为一门独立的学科正式诞生。顾名思义,仿生学是模仿生物的科学,自然界的生命体经过亿万年的进化几乎完成了精细结构构筑和智能操控的所有过程,为材料化学家提供着源源不断的灵感。向自然学习是新材料与新体系发展的永恒主题。"仿生材料化学"作为仿生科学中的重要组成部分,通过研究生物系统的结构、功能、物理化学性质及相互作用机制,为材料、工程技术提供新的设计思想。当前,仿生材料化学正蓬勃发展,受不同生物结构启发的各种仿生材料体系层出不穷,推动着能源环境、交通运输、电子信息、生物医药等领域的加速发展。

关键词：仿生材料工程技术仿生学电子信息生物医药交通运输模仿生物相互作用机制

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仿生材料修补儿童颅骨缺损的术后并发症探究

中华小儿外科杂志 2020年第7期41卷 607-612页

作者：陈拓宇张玉琪薛超强潘鑫张庆琳清华大学玉泉医院神经外科北京100040

目的:探讨颅骨缺损患儿行仿生材料颅骨修补术后并发症的种类及预防方法。方法:回顾性分析2014年1月至2017年8月清华大学玉泉医院神经外科采用经个性化定制的仿生骨材料(纳米相羟基磷灰石/胶原复合骨)行儿童颅骨修补65例。其中,男36例,... 详细信息

目的:探讨颅骨缺损患儿行仿生材料颅骨修补术后并发症的种类及预防方法。方法:回顾性分析2014年1月至2017年8月清华大学玉泉医院神经外科采用经个性化定制的仿生骨材料(纳米相羟基磷灰石/胶原复合骨)行儿童颅骨修补65例。其中,男36例,女29例;年龄范围为1岁2个月至12岁。外伤致去骨瓣57例,其中闭合性颅脑损伤49例(包括外伤后颅骨凹陷性/粉碎性骨折,硬膜内、外血肿,脑挫裂伤等),开放性颅脑损伤8例(包括车祸伤4例,高空坠物砸伤2例,钝器砸伤1例,锐器砍伤1例),非外伤因素去骨瓣减压8例(包括自发性蛛网膜下腔出血3例,脑肿瘤术后脑水肿2例,颅骨恶性肿瘤2例,颅骨嗜酸性肉芽肿1例)。平均去骨瓣时间为1年5个月,其中最短时间为2个月,最长时间超过4年。所有病例中,59例为单侧颅骨缺损(左侧36例,右侧23例),6例为双侧颅骨缺损;去骨瓣范围中标准或近似标准的单侧额颞大骨瓣减压窗46例,单侧额、颞、顶、枕部分去骨瓣减压13例,分隔的双侧额颞减压窗5例,双额贯通减压窗1例。术后跟踪随访2~5年。结果:患儿手术过程均顺利,出现各类术后并发症共42例,包括皮下积液27例,仿生材料固定松动8例,仿生材料术后碎裂6例,感染1例,全部行针对性处理后效果满意。结论:儿童仿生材料颅骨修补术后易出现各类并发症,这与术中仿生材料使用经验不足和儿童依从性差有关。掌握仿生材料的特性和儿童生长发育特点,可明显减少术后并发症的出现。

关键词：仿生材料颅骨缺损颅骨修补术并发症儿童

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仿生材料

少儿科技 2013年第11期 21-22页

作者：姜楠

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仿生材料3D打印

中国材料进展 2018年第6期37卷 419-427页

作者：张靓赵宁徐坚北京科技大学化学与生物工程学院北京100083 中国科学院化学研究所高分子物理与化学实验室北京100190

自然界中的生物经过数亿年进化,已经形成了人工材料不可比拟的精妙微结构和优异性能。以生物材料的设计理念作为指导,可以有效推动材料科学和工程领域的发展。虽然自然提供了先进功能材料的设计蓝图,但仍然需要有效的工具和技术来制备... 详细信息

自然界中的生物经过数亿年进化,已经形成了人工材料不可比拟的精妙微结构和优异性能。以生物材料的设计理念作为指导,可以有效推动材料科学和工程领域的发展。虽然自然提供了先进功能材料的设计蓝图,但仍然需要有效的工具和技术来制备实施。3D打印技术具有精密化和快速化的特点,其自下而上的原料累加过程和生物材料的形成过程具有相似性,可制备复杂结构和集成化器件。通过电脑辅助设计,3D打印可以为仿生材料和先进功能材料制造提供平台。综述了3D打印技术在仿生材料领域的应用,指出目前该领域面临的问题,并探讨了3D打印技术和仿生材料相结合的未来发展方向。

关键词： 3D打印增材制造仿生材料微结构功能

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基于仿生材料的根系固土力学机制

中国水土保持科学 2022年第2期20卷 58-64页

作者：姜尧及金楠刘迅蔡尚妍李奕良范雪松北京林业大学水土保持学院山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站北京100083

根系对土体具有显著的加固作用。由于天然植物根系种类繁多、根构型复杂多变,关于根系影响土体内摩擦角的机制研究相对较少且结论尚不明确。以聚乳酸为原材料,使用3D打印技术制作仿真根纤维、标准砂模拟土体、黄原胶凝胶模拟根系分泌物... 详细信息

根系对土体具有显著的加固作用。由于天然植物根系种类繁多、根构型复杂多变,关于根系影响土体内摩擦角的机制研究相对较少且结论尚不明确。以聚乳酸为原材料,使用3D打印技术制作仿真根纤维、标准砂模拟土体、黄原胶凝胶模拟根系分泌物,使用干燥标准砂模拟土壤排除黏聚力影响,通过室内直剪试验研究黄原胶凝胶质量分数、根截面积比一定时根数量和直径协同变化、根数量和根直径对土体内摩擦角的影响,以分析土体加固机制。结果表明:1)当控制根直径及数量不变,仅改变黄原胶凝胶质量分数时,内摩擦角随黄原胶凝胶质量分数的增加先增加后波动平稳,黄原胶凝胶质量分数的提高可以促进内摩擦角的增加,但这种作用在达到一定程度后便不再明显;2)当根截面积比不变,根系含量和黄原胶凝胶质量分数一定,仅改变根直径和根数量时,随着根数量的增加,即根直径的减小,内摩擦角先增加后减小,整体波动稳定;3)当控制黄原胶凝胶质量分数和根直径不变,仅改变根数量时,随着根数量的增加,内摩擦角整体呈增加趋势,内摩擦角随根数量的增大而增大;4)当控制黄原胶凝胶浓度和根数量不变,仅改变根直径时,随着根直径的增加,内摩擦角整体波动稳定呈增加趋势。综上,内摩擦角随根直径的增大而增大。研究结果可为进一步揭示根系加固土壤的机理提供了理论依据。

关键词：根系固土仿生材料内摩擦角直剪试验

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“仿生材料表界面设计与制造”专题序言

表面技术 2021年第8期50卷 I0006-I0006,I0005页

随着人们对自然生物机理认知的逐步深入和微纳加工技术的进步,仿生材料的发展将材料科学推向了新高度。如何运用仿生策略简单高效地设计和制造出结构功能一体化的智能仿生机械表面,使其足以应对多物理场耦合的复杂工作环境是当前研究的... 详细信息

随着人们对自然生物机理认知的逐步深入和微纳加工技术的进步,仿生材料的发展将材料科学推向了新高度。如何运用仿生策略简单高效地设计和制造出结构功能一体化的智能仿生机械表面,使其足以应对多物理场耦合的复杂工作环境是当前研究的重点和难点问题,而解决这一难题的关键在于要明晰生物材料表界面的微纳动力学和热力学行为规律。近年来,仿生材料与界面科学的交叉融合使仿生表界面在能源、医疗、军事、建筑等领域中得到广泛应用。因此编辑组策划了本期“仿生材料表界面设计与制造”专题,分享国内外仿生材料在防冰减阻、流体定向输运、海水淡化等方面的理论研究与应用,反映一些热点问题和研究进展,为从事关键机械部件表面处理、多功能界面材料设计与开发的相关研究人员提供一个相互交流的平台。

关键词：仿生材料结构功能一体化界面科学多物理场耦合交叉融合微纳加工技术表面处理编辑组

维普期刊数据库评论

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软硬相间层状仿生材料摩擦因数影响因素

吉林大学学报（工学版） 2019年第5期49卷 1630-1635页

作者：王蜜李致远樊文选李家亿刘镇宁卢国龙吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022 长春师范大学工程学院长春130032

以粘着摩擦理论为基础,结合软硬相间层状结构特点,确立了软硬相间层状仿生材料摩擦过程数学模型。利用数值分析软件Abaqus建立了软硬相间层状仿生材料摩擦过程有限元模型,研究了软、硬材料组分的材料属性,软、硬材料组分的体积分数,软... 详细信息

以粘着摩擦理论为基础,结合软硬相间层状结构特点,确立了软硬相间层状仿生材料摩擦过程数学模型。利用数值分析软件Abaqus建立了软硬相间层状仿生材料摩擦过程有限元模型,研究了软、硬材料组分的材料属性,软、硬材料组分的体积分数,软、硬材料组分各自摩擦因数对软硬相间层状仿生材料摩擦因数的影响规律。采用ProJet 5500X 3D打印机制备了软硬相间层状仿生材料并进行了摩擦试验,验证了理论及模拟结果。

关键词：材料科学基础学科软硬相间摩擦机理仿生材料摩擦因数