仿生材料向小明2资源加工学定义天然生物材料经历几十亿年进化，大都具有最合理、最优化的宏观、细观、微观复合完美的结构，并具有自适应性和自愈合能，竹、木、骨骼和贝壳等．其组成简单，通过复杂结构的精细组合，从而具有许多独有的特点和最佳的综合性能．仿生材料是指向自然界学习,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。仿生学在材料科学中的分支称为仿生材料学,仿生材料学是以阐明生物体的材料结构与形成过程为目标,用生物材料的观点来思考人工材料,从生物功能的角度来考虑材料的设计与制作，使材料制备节省能源和资源，实现系统智能化,环境友好化和高效化。仿生材料的发展仿生材料的研究包括3个阶段：(1)对天然生物材料结构和功能的认识和感知；第一阶段主要是从大自然中探求具有优异独特功能的天然物材料作为研究对象，从中寻求仿生材料的设计方法和灵感；(2)对天然生物材料性能的研究；第二阶段则是探究天然生物材料结构与功能形态之间的关系，并结合实验表征手段测定其性能参数，总结规律，揭示其构成机理和运行机制；(3)仿生设计新型材料．第三阶段将深入到仿生学高度，建立仿生材料创新技术，实现其仿生设计方法和理念，由此研制新型仿生材料，为人类所用。仿生材料学的研究内容生物材料具有多种优良特征,如复合特征、功能适应性、自愈合与自我复制功能、合成技术、多功能性、防粘减阻与疏水功能等,因此成为仿生材料学的研究热点。包括:①生物材料的物理和化学分析,以便更好地理解其结构的设计和性能。②直接模仿生物体进行的材料制备与开发。③利用生物加工技术制备材料的力学行为分析。④在模仿过程中,以所得到的结构、化学等新概念,进行新型合成材料的设计。⑤仿生材料和结构在新领域中的应用,如在机器人和航空结构等方面。⑥在生物的结构力学分析指导下,对现有结构设计的优化。⑦分析生物材料及结构在进化过程中设计标准。⑧模仿生物体进行的某些系统的开发,如超灵敏度机械接受器等。仿生材料学的当前研究热点贝壳结构及其仿生材料骨骼结构及其仿生材料蜘蛛丝结构及其仿生材料纳米仿生材料竹子的结构及其仿生复合材料贝壳结构及其仿生材料贝壳结构特征自然界的贝壳种类多样,软体贝壳具有三层结构,由外向内依次是角质层、棱柱层和珍珠层，外层是表壳层,主要由硬化蛋白质组成中层为棱柱层,内层称珍珠层是在有机质精确调控下,CaCO3晶体有序沉积所形成的多重微层结构，是最强韧的部分，研究表明,由文石板片组成的贝壳珍珠层的中近95％是普通陶瓷碳酸钙，其余是有机基质和少量的水，因此它是一种天然的陶瓷基复合材料。但其综合力学性能，特别是断裂韧性，比单相碳酸钙陶瓷高2—3个数量级，这种特性是由其结构决定的。珍珠层的组成结构参数贝壳结构及其仿生材料其中的文石晶体呈多边形，它们交叉叠层，堆砌成非常整齐有序的结构，片层之间是有机基质。表1给出了珍珠层的基本参数，这种独特的结构侧面与砖墙形貌极为相似，而层面则与多晶体的金相组织相近。贝壳结构及其仿生材料贝壳仿生材料的研究进展仿珍珠层的陶瓷增韧复合材料对贝壳珍珠层的结构研究表明，珍珠层内的文石晶体与有机基质交替叠层排列方式是造成裂纹偏转产生韧化的关键所在。有机基质层强度相对较弱，易于诱导裂纹在其中偏转，从而阻止裂纹的穿透扩展。因此，可以把珍珠层的结构抽象为软硬相交替的多层增韧结构，这是一种靠细观结构实现的止裂机制。根据这一止裂机制，人们开展了仿珍珠层陶瓷增韧复合材料的研究。利用以上原理以C纤维为软相，Al2O3为陶瓷基，叠层热压烧结，制成Al2O3增韧复合材料，其断裂韧性提高了2倍。制备出的Al2O3芳伦纤维增强环氧树脂叠层复合材料，与单相Al2O3相比，其断裂功提高了80倍。黄勇等制备的si3N4／BN纤维独石结构仿珍珠层陶瓷，其断裂功高出常规热压si3N4块体陶瓷100倍。相比于金属软相和石墨层，纤维、高分子材料等软相能有效阻止裂纹的穿透扩展，其止裂能力更加优越。贝壳结构及其仿生材料目前的局限性和前景叠层微组装材料时发现合成材料的硬度和韧性...
