授课对象：

课程类别：专业选修课

课程门类：

总学时：36

课程教材：

先修课程:材料科学基础、物理化学、有机化学、材料化学、高分子化学等

参考书目：

《仿生材料》，崔福斋等，化学工业出版社，2004

课程简介：

仿生材料科学主要介绍自然界中生物的软、硬组织以及表面结构，分析其微观组织结构与各项性能之间的构效关系，从而为人工合成相应材料提供基础知识。主要包括动物的珍珠质、海胆牙、石鳖牙等的微观组织结构与力学性能；蜘蛛丝、蚕丝等的微观组织结构与力学性能；木材、竹子等的微观结构与力学性能；人体的皮肤、骨骼、牙组织等微观结构与力学性能；蝴蝶翅、知了翅、荷叶、壁虎腿等的表面微观构造与特殊表面性能。具体教学内容及基本要求如下： 第一讲：珍珠质（2学时） 内容：介绍珍珠质的碳酸钙矿物相组成，层状微观组织结构，及其相应的力学性能；目前的仿生制备现状。 要求：掌握珍珠质的层片状微观构造特点，以及层片之间的相对滑移是如何导致珍珠质宏观力学性能韧性；目前已开发的集中制备层片状微观构造的人工方法，及其达到的改善陶瓷材料力学性能的水平。 第二讲：动物牙（2学时） 内容：介绍海胆碳酸钙牙、石鳖氧化铁牙的组织结构与自锋利特性，及其在切割刀具设计上的应用。 要求：掌握海胆牙和石鳖牙的矿物相构成和微观构造，及其与牙齿自锋利特性之间的关系。 第三讲：动物丝（2学时） 内容：介绍蜘蛛丝、蚕丝等微观组织结构特性与力学性能之间的关系；目前的仿生制备现状。 要求：掌握蜘蛛丝和蚕丝的微观结构，及其与力学性能之间的关系。 第四讲：木材、竹子（2学时） 内容：介绍木材与竹子的微观组织结构及其独特的力学性能；介绍目前的仿生前沿。 要求：了解木材和竹子的基本组成和微观结构；木材的强韧性的强化原理。 第五讲：动物的软结缔组织（2学时） 内容：介绍氨基酸构成多肽、逐步构成胶原纤维的构建顺序；胶原纤维再按组织力学性能的需要组成肌腱、皮肤、韧带等力学性能相异的软组织；动物软组织再动物体内的作用。 要求：了解胶原蛋白的结构，肌腱、韧带和皮肤中胶原蛋白纤维的空间排布及其与力学性能的关系。 第六讲：人骨组织（2学时） 内容：介绍胶原纤维与纳米羟基磷灰石复合构建矿化的胶原纤维；矿化的胶原纤维按骨组织力学性能需要排列成不同性能的密质骨、松质骨等骨组织；人骨组织的力学性能等。 要求：掌握人骨组织中羟基磷灰石纳米颗粒强化胶原蛋白纤维的原理；了解骨组织纤维的排布及其与力学性能之间的关系。掌握牙组织的基本构造。 第七讲：动物翅（2学时） 内容：介绍蝴蝶翅的微观结构、成色机理，以及在SERS领域作为基底的应用；知了翅表面的多凸表面构造及其在物理抗菌表面设计的意义。 要求：掌握蝴蝶翅片表面的拓扑集合构造；掌握知了翅片表面的多凸表面集合构造与灭菌原理。 第八讲：荷叶、壁虎脚（2学时） 内容：介绍荷叶的表面构造、疏水机理，及其再仿生疏水材料的应用；壁虎脚的独特微观结构及其黏附机理；贻贝仿生黏附材料。 要求：掌握荷叶表面的集合构造，及其与表面性质之间的关系；掌握壁虎腿的刚毛组织