奇妙的仿生材料

张芝龙

摘要：新型材料的突破与发展，需要我们大胆的创新实践，甚至向其他生物“学习”。仿生材料就是人类向地球上其他生物“学习”的成果。本文主要向大家普及仿生材料的概念、特性，并通过目前人们在生产生活中运用仿生材料的例子，让大家进一步了解和认识仿生材料的研制使用现状以及未来的前景。

关键词：仿生材料；复合材料；生物结构

科学技术深刻地改变着我们的生活，让我们的生活变得越来越方便美好。许多科学技术的成果就运用在我们的身边的事物上，让我们直观地感受到科学的神奇和人类的伟大。比如，我们制造各种工业用品和生活用品的材料，就是在经历着日新月异的发展，由以前单纯的自然材料、物理加工材料，发展到现在的先进复合材料、仿生材料、智能材料。

其中，仿生材料的大量研制与使用，正在日益改变着我们的生活。天然生物材料经过亿万年的进化，形成了特殊的结构，具有非常优异的性能。通过研究和利用这些天然生物材料的特性，制造出適合现代需求的优质材料，这是一个十分诱人、非常有价值的材料科学发展领域。

那么什么是仿生材料呢？我们来看看材料学专业角度的解释：仿生材料是指模仿生物的各种特点或特性而研制开发的材料，通常把仿照生命系统的运行模式和生物材料的结构规律而设计制造的人工材料称为仿生材料。大自然是奇妙的，创造许许多多的生物杰作，这些生物在各自的生物圈层里能够生存繁衍至今，肯定是已经进化出了能在地球立锥的特殊本领。从材料领域来讲，这些生物的天然结构性能许多都是远远优于物理制造材料的，人类仿照这些生物结构与性能，用于材料研究和使用，具有十分重要的意义。仿生材料最大的特点是适应性和自愈合能力，它在强度、刚性与韧性等许多综合性能上都可以达到最佳。

科技迅猛发展的今天，仿生材料在我们的生产和生活当中都有哪些奇妙的应用呢？

一、利用仿生技术和新型材料技术，我们制造出了仿生高强度和高硬度的材料

这方面的应用的代表如仿蜂窝、仿贝壳、仿竹等材料。首先，我们来看仿蜂窝复合材料。这是受蜂窝的启发而研制的一种新型材料，它充分体现了蜂窝的结构特点，里面的蜂巢六边形的结构硬度和强度都比传统材料好，而且质量轻，节省资源，广泛运用于建筑、家具、包装甚至航空航天领域。其次，我们来看仿贝壳材料。我们都知道贝壳有一个珍珠层，这种珍珠层是一种天然的有机-无机层状生物复合材料。利用这一结构特点，可以研制开发出新型的层状复合型材料，这种材料的特点是高强度、高韧性，广泛使用于社会生产各个领域。再来看看仿竹材料。竹子是我们常见的一种植物，竹干具有强度高、弹性好及密度较小的特点。科学家根据竹的结构特质，研究制造的仿竹新型复合材料，在具体的应用过程中，体现出比钢材等传统材料更优良的特性。

二、借鉴生物的结构特性，可以研制开发出仿生高韧性材料

许多我们日常见到的小昆虫、小动物，非常不起眼。但在材料科学家眼里，有时却是灵感的源泉。比如，我们常见的蜘蛛、壁虎甚至是我们讨厌的跳蚤，都可以成为我们的“老师”。科学家根据这些昆虫的特性，研制了蜘蛛丝、跳蚤节肢蛋白、壁虎纤维刚毛等仿生新型材料。根据蜘蛛网的启示研制的蜘蛛丝材料，具有韧性好、质地轻等优良的特点，这类型的材料已经广泛运用于我们的生产生活，甚至在航空航天等高精尖领域，也能见其身影。我们都知道军事领域的航母弹射器，属于军事领域内的高科技产品，其材料结构其实是借鉴了我们生活中一种非常讨厌的昆虫——跳蚤的肢干。同样，我们知道壁虎是有特殊本领的，它可以稳稳地趴在垂直光滑的墙上不掉下来，得益于它脚掌上的纤毛。利用这一特性，我们研制出了具有超强黏性的复合材料。

三、一些植物的“超疏水”特性，启发我们研制超疏水的材料

在我们身边，有许多动物植物平凡而普通，但实际上它们能够生存在这世界上，都有非常惊人的“本领”。宋朝的大儒周敦颐咏荷的句子“出淤泥而不染、濯清莲而不妖”，流传千古。其实，荷叶不粘水的特性早就被科技工作者重视了。荷叶不粘水、不粘泥，是因为其固有的结构特性决定的。仿荷叶结构制造出的材料，可以制作沙漠的集水器、生活生产器物的自清洁涂层。

总之，地球上形形色色的生物，能够立于这个世界，繁衍生息，肯定有其特殊的本领，其中很大部分体现在这些生物的结构构造上。只要我们有一双善于发现的眼睛和勤于思考的大脑，我们就有可能从最平凡的生物当中，得到非常有价值的启发，创造出性能卓越的仿生复合材料，运用于人们的生产生活，造福于人类。

参考文献：

[1]肖罡，张靓，彭欣健.仿生材料的应用研究与发展前景[J].科技创业月刊，2010，23（4）.

[2]房岩，孙刚，丛茜，等.仿生材料学研究进展[J].农业机械学报，2006，37（11）：169-173.

（作者单位：四川省射洪中学校 高2015级15班）