背景提升丨国内科研远程 -『人文社科』-新能源材料制备与研究

自然进化使得生物材料具有化的宏观和微观结构、自适应性和自愈合能力以及优异的机械性能、润湿性、粘附性等多种特点。仿生材料，通常是指模仿生物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。根据仿生材料所针对的天然生物材料的不同特性，仿生材料可以包括仿生高强度材料、仿生超亲水/超疏水材料、仿生高黏附材料、仿生智能薄膜材料以及仿生机器人等。

仿生材料来源于对天然材料的模仿，又与实际应用关系密切，比如根据荷叶不会粘上水珠这一现象仿生制备了超疏水薄膜、通过仿生牙釉质微观结构制备坚韧仿生材料用于飞行器等。

仿生材料的研究起源于对天然材料的详细考察，其中明确天然材料的宏观、微观结构与特定性质和功能之间的关系成为制备仿生材料的必经之路。经过近些年仿生材料领域科学家的努力，荷叶表面、猪笼草、蜘蛛丝、水黾腿部等的微观结构都已经被揭示出来，并成为设计制备仿生材料的重要指导依据。

但是，受限于材料合成方法，仿生材料在微观结构的复杂程度方面仍与天然材料存在差距，导致人工合成的仿生材料结构相对简单，一定程度上限制了仿生材料的性能。此外，功能复杂的天然生物材料、组织以及器官（比如人工血管、人工皮肤）等的仿生需求对仿生材料的设计合成提出了更高的挑战。

尽管如此，仿生材料的合成及功能研究目前正处于一个蓬勃发展的阶段，国内外研究小组对仿生材料及其应用的研究热情居高不下，而且仿生材料已经初步进入商业开发阶段。

目前关于荷叶和水稻叶的研究显示，一种具有较大接触角和较小滚动角的超疏水表面，需要微米和纳米级的结构有机结合形成复合结构，而且表面微观结构的排列方式会影响水滴的运动趋势。这些来自自然界的现象为我们构建人工疏水表面和设计浸润性可控的界面提供了灵感。

今后，将进一步拓展特殊浸润性的研究范围，引入具有相反物性的水和油，将超疏水、超亲水、超疏油、超亲油这四个浸润特性进行多元组合，实现智能化的开关和分离材料的制备，在亲/疏水或亲/疏油可控的特殊浸润性材料，光/电致印刷制版材料与技术，抗凝聚材料，智能淡水采集材料，智能相转移催化材料等方面具有重要的理论价值。

研究仿生智能材料的重要科学意义在于它将认识自然、模仿自然、超越自然有机结合，将结构及功能的协同互补有机结合。植物和动物在自然进化当中不仅完全适应自然而且其程度接近完美，模仿它们在自然中的结构及功能，是在生物学和技术之间架起了一座桥梁，并且对解决技术难题提供了帮助。通过再现生物学的原理，人们不仅可以找到技术上的解决方案，而且同时也完全适应自然的需要。

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江雷 分子科学中心 中国科学院化学研究所