PDF《自然材料与地球科学1》

10 万年).然而,目 前已开发利用的矿物材料种数还不到已发现的矿物种数的 4%(约200 多种).因此, 自然矿物材料的研究和开发潜力巨大.  1.2? 自然生物材料? 自然生物材料指在自然条件下生成的生物材料,具体包括天然纤维、生物体组织、 结构蛋白和生物矿物等(表2).世界上目前有植物

50 万余种,其中,裸子植物约

800 种,被子植物约

25 万种;

我国有裸子植物约

243 种,被子植物约有 2.5 万种,8000 余种树木.目前地球上已知的动物大约有

150 万种.海水鱼和淡水鱼共有 25000~

30000 种,两栖类有

2000 余种,爬行类有

3000 余种,鸟类有

9000 种,兽类有

4500 多种.昆虫现存约 200~500 万种,鞘翅目(甲虫)35 万种,鳞翅目(蝶与蛾)有约

20 万种,膜翅目(蜂、蚁)和双翅目(蚊、蝇)各15 万种. 表2? 自然生物材料一览表? Table2Biomaterialsinnature 天然纤维 植物纤维(纤维素) 种子纤维:棉、木棉等 叶纤维:剑麻、蕉麻等 茎纤维:苎麻、亚麻、大麻、黄麻等 木质纤维(纤维素、半纤 维素和木质素) 乔木类,灌木类,藤木类,匍匐类 矿物纤维 (无机金属硅酸 盐类) 石棉 甲壳素纤维(甲壳素) 节肢动物(虾、蟹等壳;

昆虫纲,如蝗、蝶、蚊、蚕等蛹壳);

软体动物(石鳖,鲍,蜗牛,乌贼、鹦鹉);

环节动物(沙蚕, 蚯蚓和蛭纲如蚂蟥等);

原生动物(锥体虫,变形虫,草履虫 等);

肛肠动物(水螅、筒螅,珊瑚虫纲等);

海藻;

真菌;

动物的关节、蹄、足的坚硬部分? 生物矿物 磷酸钙类、碳酸钙类、硅 石类 贝壳、骨骼、牙齿等 生物体组织 表皮组织(氨基酸、角蛋 白等) 植物表皮,动物皮肤等  结构蛋白 蛋白质 毛发类:绵羊毛、山羊毛、骆驼毛、兔毛、牦牛毛等 腺分泌物:桑蚕丝、柞蚕丝等 鸟类羽毛,鱼类鳞片,昆虫翅膀等 注:据贾贤(2007)和百度百科等统计而成 纤维素作为地球上最丰富的天然高聚物,世界上 50%的生物量来自天然纤维素, 估计年产量在 100-500 亿吨(王春雨,2011).甲壳素是继纤维素之后地球上最丰富的 天然有机物,自然界每年生物合成近 100 亿吨之多(杨冬梅 等,1999).海洋里每年 能生产各种海洋动物蛋白质约

4 亿吨.人类开发利用天然橡胶的历史有

500 多年,使 用苎麻的的历史有

4000 多年,使用亚麻纤维的历史有

8000 多年.伴随着仿生材料学 科的快速发展,自然生物材料研究已由生物材料的直接利用向其物理、化学性质和功能 的模仿再向人造仿生体系的智能进化方向发展.

2、自然材料的结构与性能? 自然材料在其形成演化中很好地继承了地球物质的优势结构, 并在性能上具有了环 境友好性、生物智能性和使役持久性等特点.如何从电子结构、相结构、显微组织、介 观结构和宏观结构解析自然材料的结构特征,揭示结构与性能的定量关系,建立自然材 料的结构与性能信息数据库是亟待加强研究的领域. 这里重点介绍两种重要的仿自然结 构:核壳结构和超润湿表面结构. 2.1? 核壳结构? 核壳结构是大自然经历漫长而形成的最普遍、最稳定的物质结构.原子、地球、太 阳系以及鸡蛋、人体等无一不是核壳结构.这种结构具........