Adv. Mater. 8月最新封面综述：仿生材料的微纳制造

当地时间8月6号，Advanced Materials更新最新一期周刊，其封面文章是一篇关于模仿自然结构的方法的综述，题为“Bioinspired Materials: Nano/Micro-Manufacturing of Bioinspired Materials: a Review of Methods to Mimic Natural Structures (Adv. Mater. 30/2016,DOI:10.1002/adma.201505555) ”，作者为美国德克萨斯A&M大学机械工程学部的Jaime C. Grunlan、Chaoqun Zhang等人。

近几年，仿生材料堪称一大研究热点，此文针对AM这篇封面综述，做简要介绍，详细内容会在《仿生智能纳米材料》读书笔记中陆续推出。

这篇Adv. Mater.的封面挺有意思，“恩，是挺像高跟鞋的”，想啥呢？我说的不是这个有意思，不全是。。该文章作者所在学校的名称中有“A&M”，全称为“Texas A&M University”，中文名叫“德克萨斯A&M大学”，至今还有地方把其翻译为“德州农机大学”，人家官网上说的明明白白，保留A&M只是作为一个符号，彰显其尊重传统，而不再代表“ Agriculture and Mechanical”。

《史记•》有云：“地势便利，其以下兵于诸侯，譬犹居高屋之上建瓴水也。”综述本来就是俯瞰众生的感觉，本文脉络如下（快夸我，快夸我(^_^)∠※）：

这也太简单了，呐再给你一个，附送超级无敌萌萌哒鄙视小眼神。

1. 典型的天然材料

综述中对该部分只做简要介绍，因此，该部分只上图，不说话，大家有个直观印象就好。感兴趣的敬请关注七个隆冬小强强的系列读书笔记。

1.1 珍珠层和骨骼

From：Nat. Mater. 2015 , 14 , 23

From：小强强

From：Nat. Mater. 2015 , 14 , 23

From：小强强

1.2 花瓣和壁虎脚

From：Langmuir 2008 , 24 , 4114

From：Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005 , 102 , 385 .

1.3 荷花

From：Applied Physics Letters, 2008, 92(18): 183103.

这个地方顺便提一下，AM综述有个小槽点，就是图片特别不清晰，需要到参考文献去找原图。诶哟，发现了该文一点不严谨，参考文献第12条，你是在逗我吗？？！！！（考验学术水平高低的时候到了，论你是否能发现参考文献12条的小问题？(/ □ \)）好吧，人非圣贤，孰能无过。虽然给读者朋友带来一点麻烦，但还是可以理解，毕竟本文参考文献286篇。现将正确文献资料放在下面，以飨读者。

From：Adv. Mater., 28: 6292–6321

Liu K, Zhang M, Zhai J, et al. Bioinspired construction of Mg–Li alloys surfaces with stable superhydrophobicity and improved corrosion resistance[J]. Applied Physics Letters, 2008, 92(18): 183103.

1.4 蛇尾和大闪蝶

From：Planta 1997 , 202 , 1 .

2 仿生杂化材料

篇幅所限，每种材料只举一个例子。

2.1 结构材料

From：Nat. Mater. 2011 , 10 , 123 .

上图为工程材料的强度-韧性关系图。聪明的你一定知道，强度高的材料往往易碎、韧性高材料往往很软。拿陶瓷来说，杨氏模量是最高的，但是韧性却很差。通过引入韧性高的相，可以提高其韧性，但是强度却不可避免会下降。受珍珠层和骨头层状的有机-无机杂化结构启发，人们开发出多种合成制备杂化材料的方法，比如：逐层自组装和冰模板法。贴出一张骨头、珍珠层和一些仿生杂化材料的组成和机械性能一览表。

From：Adv. Mater., 28: 6292–6321

2014年，Bourville 等，利用改进的冰模板方法，把所有组分组合在初始的悬浮液中，制备了层状块状材料。该材料完全是无机的，高温和室温下均高强高韧。给大家膜拜一下这个这位宝宝，该陶瓷复合物强度470MPa，史无前例；室温下韧性达到22MPa。完虐珍珠层啊有木有。更重要的是，更重要的是，更重要的是，该宝宝在600℃时强度400MPa，韧性20MPa。怪不得人家能发nature子刊呢。

From：Nat. Mater. 2014 , 13 , 508 .

2.2 粘附材料

我问你，为什么壁虎能沿着墙壁横着爬、竖着爬、正着爬、倒着爬？简直就是现实版的蜘蛛侠？——原因是分子引力。好，了解到这就行了，篇幅有限，以后有机会详细说撒。

Qu等通过低压CVD（化学气相沉积法），在SiO2-Si晶片合成了竖直规整排列的多壁碳纳米管阵列。产物剪切粘接强度约为100N•cm-1，是壁虎脚的10倍。

From：Science 2008 , 322 , 238 .

2.3 超疏水材料

提起超疏水材料，马上就能想起来荷花，出淤泥而不染，濯清涟而不妖。这是由于荷叶表面具有粗糙的微观形貌以及疏水的表皮蜡。这种特殊的结构有助于锁住空气，进而防止水将表面润湿。Joanna Aizenberg等于2011年发表一篇nature，仿照猪笼草的疏水策略，开发出了一种极为光滑的涂层材料，几乎能排斥包括血液、油在内的任何液体，甚至在高压、冰冻等极端环境条件下，仍能保持排斥液体或固体的能力。Ivan P. Parkin等受前者启发，于2015年发表一篇science，合成一种对水和油均能自清洁的涂层。这个研究的关键并不在于把超疏水表面做到多强多耐磨，而是提供了一种思路——将超疏水领域的“脆弱”的弱点交给更加成熟的黏胶技术去克服。

From：Science 2015 , 347 , 1132 .

2.4 光激性材料

防反射、光采集、结构颜色变化等都是光激性材料。下面简单介绍一下防反射。大多数光学玻璃和光学塑料的折射指数为1.45-1.7，这就导致了在空气-固体界面，4%-6.5%的入射光被反射掉。可见防反射是多么重要。

武汉光电国家实验室的唐江教授课题组及合作者成功制备出光电转换效率达5.6%的顶衬结构硒化锑薄膜太阳能电池，并得到Newport公司的第三方权威认证；器件也显示出较好的稳定性，在双85条件下 (85 ℃, 85%的相对湿度)老化100小时，未封装器件效率仅衰减0.50%。

From：Nature Photon., 2015 , 9 , 355

3 总结和展望

亿万年的进化，自然界中藏龙卧虎，各怀绝技。人类虚心学习，大胆创新，甚至青出于蓝而胜于蓝。前景远大、前途光明、就像牛顿先生所说，“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或更美丽的 贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是完全未探明的真理之海。”

再次声明：本文只做极简单介绍，详细内容会在《仿生智能纳米材料》读书笔记中陆续推出。

参考文献：

1. Nat. Mater., 2015 , 14 , 23.
2. Nat. Mater., 2015 , 14 , 23.
3. Langmuir, 2008 , 24 , 4114.
4. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2005 , 102 , 385 .
5. Applied Physics Letters, 2008, 92(18): 183103.
6. Adv. Mater., 28: 6292–6321.
7. Planta, 1997 , 202 , 1 .
8. Nat. Mater., 2011 , 10 , 123 .
9. Adv. Mater., 28: 6292–6321
10. Nat. Mater., 2014 , 13 , 508 .
11. Science, 2008 , 322 , 238 .
12. Science, 2015 , 347 , 1132 .
13. Nature Photon., 2015 , 9 , 355.

关注小强强的最新文章，关注学术杂谈，欢迎各位加入材料人编辑部，我们致力与做最好的材料资讯平台，急需才华横溢的你。