奇妙的仿生材料

張芝龍

摘要：新型材料的突破與發展，需要我們大膽的創新實踐，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狀以及未來的前景。

關鍵詞：仿生材料；復合材料；生物結構

科學技術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，我們制造各種工業用品和生活用品的材料，就是在經歷著日新月異的發展，由以前單純的自然材料、物理加工材料，發展到現在的先進復合材料、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。天然生物材料經過億萬年的進化，形成了特殊的結構，具有非常優異的性能。通過研究和利用這些天然生物材料的特性，制造出適合現代需求的優質材料，這是一個十分誘人、非常有價值的材料科學發展領域。

那么什么是仿生材料呢？我們來看看材料學專業角度的解釋：仿生材料是指模仿生物的各種特點或特性而研制開發的材料，通常把仿照生命系統的運行模式和生物材料的結構規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，肯定是已經進化出了能在地球立錐的特殊本領。從材料領域來講，這些生物的天然結構性能許多都是遠遠優于物理制造材料的，人類仿照這些生物結構與性能，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。

科技迅猛發展的今天，仿生材料在我們的生產和生活當中都有哪些奇妙的應用呢？

一、利用仿生技術和新型材料技術，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。這是受蜂窩的啟發而研制的一種新型材料，它充分體現了蜂窩的結構特點，里面的蜂巢六邊形的結構硬度和強度都比傳統材料好，而且質量輕，節省資源，廣泛運用于建筑、家具、包裝甚至航空航天領域。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。利用這一結構特點，可以研制開發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各個領域。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。科學家根據竹的結構特質，研究制造的仿竹新型復合材料，在具體的應用過程中，體現出比鋼材等傳統材料更優良的特性。

二、借鑒生物的結構特性，可以研制開發出仿生高韌性材料

許多我們日常見到的小昆蟲、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”。科學家根據這些昆蟲的特性，研制了蜘蛛絲、跳蚤節肢蛋白、壁虎纖維剛毛等仿生新型材料。根據蜘蛛網的啟示研制的蜘蛛絲材料，具有韌性好、質地輕等優良的特點，這類型的材料已經廣泛運用于我們的生產生活，甚至在航空航天等高精尖領域，也能見其身影。我們都知道軍事領域的航母彈射器，屬于軍事領域內的高科技產品，其材料結構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的，它可以穩穩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”。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，是因為其固有的結構特性決定的。仿荷葉結構制造出的材料，可以制作沙漠的集水器、生活生產器物的自清潔涂層。

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，其中很大部分體現在這些生物的結構構造上。只要我們有一雙善于發現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，創造出性能卓越的仿生復合材料，運用于人們的生產生活，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展前景[J].科技創業月刊，2010，23（4）.

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

（作者單位：四川省射洪中學校 高2015級15班）