摘要：锦蛇是一种分布广泛的蛇类,主要栖息在沿海低地及内陆平原、丘陵和山区等地区,其反应迅速,能在多种环境中快速移动.为了探究锦蛇能够快速移动的奥秘,对锦蛇腹部与背部进行观察,发现这两部分具有截然不同的结构.其中,锦蛇背部鳞片呈现横向有序凸起结构,这种结构有利于运动减阻;锦蛇腹部鳞片呈现纵向有序凸起结构,这种结构有利于增加锦蛇与接触表面摩擦力,从而利于其快速向前运动.受此启发,以蛇皮腹部、背部不同的表面结构为模型,从结构差异及蛇皮腹背功能差异两个方面入手,通过复形分别制备出具有增阻和减阻功能的仿生材料.根据锦蛇腹背微结构构建了仿真模型,通过有限元模拟仿真分析,揭示了锦蛇特殊的表面微结构能够有效实现材料表面的增阻或减阻,该工作为功能界面材料的应用奠定了基础.

摘要：水凝胶是以大量水为分散介质的三维高分子网络.高分子网络和水分子之间的氢键将水束缚在网络内部,从而使体系丧失流动性并转变成一种准固态物质.水凝胶能够在多种外界刺激下改变形状和体积,因此在软体机器人、柔性电子器件和传感器等领域具有广泛的应用前景,也引起了科研人员的关注.在生物软组织中,多尺度结构(如表面微/纳米结构,有序三维网状结构)的存在对于生物材料的自清洁、耐冻、环境适应性和优异的机械性能等功能至关重要.受生物水凝胶结构与功能特性的启发,研究人员开发了一系列对各种机械和环境条件具有高度适应性的仿生多尺度水凝胶.本文将从水凝胶的二维界面和三维网络的设计2个方面总结和讨论近年来仿生多尺度水凝胶的研究成果.二维界面设计包括表面化学/物理修饰、表面微/纳米结构构筑,能够调节水凝胶的表面浸润性和黏附性,拓展水凝胶在生物医学、海洋防污等领域的应用;三维网络设计,如引入非共价交联作用、设计有序网络结构、复合异质网络等,能够赋予水凝胶自修复性能、各向异性、高强度、形状记忆性能及抗冻性等优异的特性,拓展了水凝胶在可穿戴设备、软体机器人等领域以及复杂环境中的应用.最后我们对仿生水凝胶网络的设计、异质网络的分散以及无损表征等方面未来的发展以及该领域所存在的挑战作出展望.