仿生功能复合材料(1).ppt

1,仿生功能复合材料,2,第一节概述,仿生复合材料就是向天然生物材料寻找启发仿照生物体结构特征与功能而设计、制备的复合材料。生物材料机理分析的任务就是从材料科学的观点对其进行观察、测试、分析、计算、归纳和抽象，找出有用的规律来指导复合材料的设计和研制。,3,复合材料的仿生设计和制备：,4,荷叶效应仿生愈合竹木结构及其仿生,第二节 仿生材料应用,5,超疏水原理：荷叶的微结构与高憎水表面能够减少与固体微粒和小水滴的接触面积，接触面积的减小导致固体颗粒和水滴附着力的降低。由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角可达150度以上，并且水珠可以很自由地在表面滚动。滚动时水滴可以带走叶子上的尘土和细菌。,第二节 仿生材料的应用,2.1 仿“荷叶效应”的超疏水材料,6,自清洁效应,疏水原理,7,荷叶效应的应用防水防污材料：,8,9,防水防污防腐厨房用具：,10,第二节 仿生材料应用,2.2仿生愈合,生物材料的主要特征之一是具有再生机能。如伤口的愈合，组织再生，树根的自愈合等。英国工程与科学研究委员会的研究人员正在开发一种特殊的复合材料，这种材料在受到挤压或损坏时会“流出”树脂，有效形成可修复受损处的“痂疤”。这项创新可能会显著提高航空安全，同时激励技术人员开发更轻型的飞机，将生物模仿(biomimicry)技术引入航空领域。,11,英国开发自愈材料可让受损飞机自我修复：,12,受生物体损伤自动愈合的启发，一些研究者一种具有自动修复裂纹能力的聚合物材料。这种材料嵌有内装修复剂的微胶囊，每个微胶囊约有头发丝宽，这些微胶囊遇到裂纹入侵时破裂，并通过毛细作用释放修复剂到裂纹面，修复剂接触预先埋入环氧基体的催化剂而引发聚合，键合裂纹面。这种损伤诱导的引发聚合使得裂纹修复实现了就地自动控制。,利用微胶囊修复,13,The illustration of self-repair mechanism with microencapsulated repair agent.,Self-repair efficiency in an epoxy polymer obtained by fracture toughness testing of tapered double-cantilever beam specimens.,冲击实验结果表明这种材料能恢复75的强度，而且该方法有望适用于其它脆性材料，如硅酸盐和玻璃。,14,2.3竹木结构及其仿生,木纤维细胞壁构成：短链高分子半纤维素缔结物质+纤维素集束成微纤丝的骨架物质+块状高分子木素硬化物质。复合结构：类似混凝土，有强度又有韧性。,第二节 仿生材料应用,15,所以说竹材表层的高强度和高韧性主要是由于竹纤维优越性能所致。结构特点：空心柱、纤维螺旋分布、多层结构。层间夹角避免物理几何的突变，改善相邻层间结合；增加外层厚度，降低少量正向刚度，切向刚度大幅提高。,16,17,几乎地球上所有生物都是复合材料，其中一些具有高强度和高模量。与其他材料相比，生物材料具有的最显著的特点是具有自我调节功能，生物材料能够一定程度的调节自身的物理和力学性质，以适应环境。一些生物材料具有自适应和自愈能力，因此如何从材料科学观点研究生物材料的结构和功能特点，并用以设计和制造先进的复合材料，是当前的重大课题。,第三节 仿生材料前景,