Superhydrophobic surface —— Lotus leaf
Superhydrophobic surface —— Two Factors
Hieratical structure
多元微纳复合结构
Low surface energy coating
低表面自由能
Possible mechanism of formation of MNBS of FPU/PMMA.
超疏水和自洁效应
Wetting Property —— Contact Angle
Young’ s Equation
Superhydrophobic Surface
Conact angle > 150, Sliding angle <5 ¾ The chemical compositions has limitation to get hydrophobic surface with CA more than 120. ¾ The surface roughness can amplify both the hydrophility and the hydrophobicity of the surface
生物材料的特点
3 生物材料的创伤愈合性 断骨修复
生物材料vs合成材料
• 生命过程的最大特点是能够通过新陈代谢进行自 恢复、自修复和自我更新。从物理学的角度来看， 生命体或生物体材料是一个开放体系，具有耗散 结构，能够通过从外界补充能量和物质，通过自 组织而再生，因而寿命可比无补充时成千倍地延 长。 • 工程材料则主要在制备阶段形成开放体系，而在 使用阶段，当其承受载荷和在手损伤时也是一种 形式的开放。但是人们很少着眼于内部结构和性 能的回复和更新。
仿生复合材料
材料仿生探索的提出
• 由于结构多样和工艺复杂，复合材料的设 计在实践上十分困难。人们知道，自然界 的生物材料具有复合结构，经过亿万年自 然选择与进化，形成大量天然合理的结构 与形态。所有这些均可作为人们进行材料 仿生研究的参考。 • Bionics • Biomimetics 结构、功能 • Bio-inspired 结构、功能、过程
Adv.Mater.2004,16,302-305
CA of water、oil drop on FPU/PMMA coated surface.
SEM of FPU/PMMA coated surface.
Adv.Mater.2004,16,302-305
Adv. Mater. 2006, 18, 767–770
Langmuir 2005, 21, 4713-4716
Superhydrophobic surface —— Water strider
Adv. Mater. 2005, 17(8), 1005-1009
0.5mm
0.5mm
0.8mm
Adv. Mater. 2005, 17(8), 1005-1009
巧夺天工的生物材料
巧夺天工的生物材料
硅藻
巧夺天工的生物材料
材料仿生探索的提出
• 生物材料 • 狭义：Biomaterial • 广义
– 生物改进材料 Bio－improved – 分子生物材料 Biomolecules – 受生物启发的材料和过程 Bio－inspired – 源于生物的材料
7.2/3.2 125 ° CA after alky (25 ℃, 13h)
定向自洁
光学防雾
复合材料的仿生设计之过程仿生
生物矿化
– 制备工艺
复合材料的仿生设计之结构与功能仿生
• 血红细胞膜和仿生细胞膜涂层材料 • 其他？！
复合材料的仿生设计之结构与功能仿生
Velcro 维可牢
复合材料的仿生设计之结构与功能仿生
鲨鱼皮泳装
超疏水仿生界面 和多元微纳复合界面仿生材料
大自然中的超疏水例子
Superhydrophobic surface —— Lotus leaf
Superhydrophobic surface —— Namib Desert Beetle
CA 172 º Nano lett. 2004, 6, 6(6), 1213 -1217
CA & SA differ at different ring size and distance on hieratical surface
生物材料的特点
1. 生物材料的复合特性 生存下来的生物结构大都符合环境要求，并 成功地达到了优化水平。 木材： 宏观结构是由树皮、边材和芯材组成复合材料。 微观结构由许多功能不同的细胞构成。细胞壁可 以看作多层的复合柱体。
生物材料的特点
2 生物材料的功能适应性 无论是从形态学的观点还是从力学的观点来看， 生物材料都是十分复杂的。这种复杂性是长期自 然选择的结果，是由功能适应性所决定的。 由于树木具有负的向地性，通常生长挺直，一 旦树木倾斜，偏离了正常位置，便会在高应力区 产生特殊结构，使树干重新恢复正常位置。这无 疑说明树木具有某种反馈功能和自我调节的能力。
9/3.2
8.5/3.2
Surface morphology with Ag (25 ℃, 13h) 7.2/3.2
CA & SA differ at different ring size and distance on hieratical surface
9/3.2 sliding
8.5/3.2 170°
复合材料的仿生设计之结构与功能仿生
• 仿生螺旋的增韧作用 – 竹层的结构：
• 维束管：增强体（包括筛管和韧皮纤维。实际上，
韧皮纤维承担了绝大部分载荷。）
• 薄壁细胞：基体 • 排列方式！（精细结构包含若干厚薄相间的层，
每层中的微纤丝以不同的夹角分布。）
– 仿生螺旋纤维增强材料
空心柱、纤维螺旋分布、多层结构。