基于儿茶酚交替共聚物的干湿态双高效胶黏剂材料

以多巴胺(DA)和双酚A型环氧树脂(BAER)进行氨基-环氧点击化学反应, 合成了儿茶酚功能化交替共聚物聚(多巴胺-alt-双酚A型环氧)[P(DA-a-BAER)]. 以FeCl₃为交联剂, 研究了交联剂用量对聚合物在干态及水下环境中黏接性能的影响. 结果表明, 该聚合物可以在干态及水下环境中对多种基材进行黏接. 以不锈钢基材为例, 在干态条件下, 当Fe³⁺与儿茶酚基团的摩尔比为1:3 时, 黏接强度最高, 为(3.03±0.68) MPa; 在水下环境中, 当Fe³⁺与儿茶酚基团的摩尔比为1:6 时, 黏接强度最高, 为(0.65±0.10) MPa. 拉曼光谱(Raman)和紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)分析结果表明, Fe³⁺与儿茶酚基团可通过配位交联和氧化交联的方式增大胶体强度, 从而提高黏接强度.     

凝聚态化学视角下的生物矿化

凝聚态化学是研究凝聚态材料的合成、组分、结构、性能、相互作用及相关化学反应等多个领域的一门学科。近年来对生物矿物这种特殊的天然凝聚态材料不断深入的探索,极大扩展了凝聚态化学原有的研究视野。这些生物矿物常通过非经典的方式,在温和而复杂的体内甚至体外环境中形成;它们具有长期进化筛选出的跨尺度多级组织结构,充分利用了材料微观形态和不同凝聚态材料间的表、界面相互作用,因此具有非常优异的性能。本文通过分析生物矿物形成和转化过程中涉及的几种特殊机制,阐明真实环境条件下凝聚态材料合成和凝聚态化学反应的一些新特征。同时,还将介绍由生物矿物相关研究推动的凝聚态化学的实际应用。最后,对该领域未来需要解决的问题和重要发展方向做出展望。     

仿生复眼照相机可使景深极大化

节肢动物的复眼一直是科学家感兴趣的研究对象。中国研究人员参与的一个国际科研团队5月1日在英国《自然》杂志上报告说,他们开发出模拟复眼特性的人造同位复眼照相机,这种相机可实现视角和景深极大化,且不会产生轴外像差。     

新型仿生蜂窝结构的设计与耐撞性能分析

受自然界毛竹微观结构的启发,在传统圆管与六边形管的基础上引入内管及双菱形肋骨,通过拓扑衍生方法设计了两种新型仿生蜂窝结构。在此基础上利用有限元软件ABAQUS对新型仿生蜂窝的耐撞性进行数值模拟,研究了蜂窝单胞构型、蜂窝壁厚、双菱形肋骨夹角对仿生蜂窝耐撞性能的影响。此外,基于超折叠单元理论,建立了仿生蜂窝结构的理论分析模型。结果表明:仿生蜂窝的面外压缩耐撞性能优于传统圆形蜂窝和传统六边形蜂窝。新型仿生六边形蜂窝的比吸能相比传统六边形蜂窝提高51.18%,压缩力效率提高53.14%。仿生蜂窝结构的平均压缩力理论预测结果与数值模拟结果吻合,两者间的误差均在10%以内。单胞构型为六边形的仿生蜂窝的耐撞性能优于圆形仿生蜂窝。适当增加仿生蜂窝壁厚或增大双菱形肋骨夹角,均有利于提高结构的耐撞性能。     

纳米雄黄与脂质体仿生膜的相互作用研究

本工作以卵磷脂与胆固醇组成的磷脂小单层脂质体（small unilamelarvesicles,suv）作为仿生膜的简单模型,采用表面等离子共振技术（SPR）、荧光偏振、拉曼（Raman）光谱、核磁共振（NMR）及原子力显微镜（AFM）研究纳米雄黄与SUV仿生膜的相互作用,证实了磷脂是纳米雄黄作用的关键靶分子．随纳米雄黄结合,SUV仿生膜的相对粘度聃值增大,膜的流动性减小．Raman光谱数据计算表明,作用后膜的纵向有序性参数s。。及横向有序性参数Slat值增大,说明纳米雄黄的结合使磷脂膜的脂酰基链全反式构型比例上升,膜的流动性减小．由Raman光谱和引PNMR结果推测,磷脂极性头部是纳米雄黄与磷脂的主要结合位点。AFM实时观测,纳米雄黄通过在膜表面打“孔”或“洞”的方式,损坏磷脂膜．     

响应性凝胶与非线性化学反应相互作用研究进展

本文综述了响应性凝胶与非线性反应动力学相互作用的研究进展,从实验及理论方面评述了pH振荡器中响应胶的振荡行为、P(NIPAAm-co-Ru(bpy)3)共聚凝胶中Belousov-Zhabotinsky(BZ)化学反应引起的膨胀-收缩振荡、行波和纳米制动器的制备及生理条件下凝胶自振荡行为,成为化学能向机械能转化的智能材料领域中活跃的研究方向; 同时凝胶的响应性作用于非线性化学反应可控制反应动力学的分岔行为.最后对该研究领域的发展方向和应用前景进行了展望.     

壁虎的动态吸附与壁虎纳米材料仿生学

以壁虎为代表的一类脚底板具有超细绒毛结构的动物具备极强的吸附和脱附能力。这种独特的能力引起科学家的极大关注并逐渐成为研究的热点。与一般的粘附材料（比如胶水）产生的吸附力不同的是,这种吸附力可以在需要时产生或消失（动态吸附）。模拟这种结构的纳米材料具有极高的实用价值。本文以壁虎为例,从化学、物理学、生物学、机械工程学及材料学的角度全方位系统地介绍了壁虎动态吸附理论和基于这种理论在仿生方面研究的最新进展,最终提出本领域研究工作的展望。     

新表面化学处理用于Ti6A14 V合金表面仿生磷酸钙涂层的制备

报道了一种新的非腐蚀性表面化学处理用于Ti6Al4V合金表面仿生磷酸钙涂层的制备.将Ti6Al4V合金从浸入的过饱和磷酸钙溶液中拉出,在空气中挥干表面附着的过饱和润湿膜,在Ti6Al4V表面生成磷酸钙晶体,且其表面覆盖率随处理次数增加而增加,直至表面完全被覆盖.再将磷酸钙晶体覆盖的Ti6Al4V浸人过饱和溶液后,表面的磷酸钙晶体迅速生长成为均匀的磷酸钙涂层.该表面化学处理的机理可能为一个挥发表面结晶过程,其优点在于润湿膜干燥为表面成核提供驱动力,因此无需采用表面腐蚀性处理或不稳定的高过饱和溶液处理.     

仿生自组装纳米复合薄膜的制备与摩擦行为研究

利用分子自组装法在玻璃表面制备未聚合与聚合（丙烯酸十二醇酯／二氧化硅）有机－无机有序交替的层次纳米复合薄膜,并对其摩擦学行为进行了探讨。结果表明：未聚合或聚合薄膜的结构类似于海洋贝类的贝壳结构,与钢球对摩时都有较好的减摩性,摩擦系仅为0．1;而聚合薄膜的抗磨性能大幅提高,其失效循环次数为未聚合薄膜的6倍。     

一类新型仿生起竖结构设计及其动力学分析

由于生物能够通过丰富的运动形式完成特定的任务, 仿生设计方法受到了学者们的广泛关注. 蚯蚓在各种环境中具有出色的移动能力和适应性, 受此启发, 仿蠕虫机器人被提出并应用在搜救、医疗等领域. 然而现有的仿蠕虫机器人一般通过体节的轴向变形实现直线运动, 无法实现类似蛇类生物的起竖功能. 为了解决现有的仿蠕虫机器人无法起竖的问题, 本文提出了一种具有非线性多稳态性质的仿生柔性关节, 并在此基础上构建了多节仿生起竖结构以实现类似尺蠖、蛇等生物的起竖功能. 首先, 本文提出了一种仿生起竖关节模型, 推导了多节仿生起竖结构的总势能表达式, 从而建立了多节仿生起竖结构的动力学模型; 随后, 基于多节仿生起竖结构总势能的表达式和多元函数极值原理, 提出了实现需求起竖构型的结构参数设计准则, 利用动力学模型验证了结构参数设计准则的有效性, 并研究了需求构型的触发条件; 最后, 针对不同起竖节数的设计需求, 设计了相应节数的仿生起竖结构. 研究结果表明, 结构参数设计准则能够使得多节仿生起竖结构达到需求的仿生起竖构型, 并在需求构型处保持稳定平衡; 此外, 定义了初始激励与起竖构型的比例系数单调性变量, 并基于仿生起竖结构不同稳态的吸引盆揭示了上述变量构成的构型触发准则, 这为仿生起竖结构的构型切换提供了理论依据. 本文提出的仿生起竖结构对仿蠕虫机器人的功能拓展具有参考价值和指导意义, 也是对仿生设计理论的进一步完善.