胚胎型仿生自修复技术 李岳 ... [等]著 9787118090536 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李岳 ...（等）著 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118090536

商品编码：29376462014

包装：平装

出版时间：2014-12-01

基本信息

书名：胚胎型仿生自修复技术

定价：58.00元

作者：李岳 ... 著

出版社：国防工业出版社

出版日期：2014-12-01

ISBN：9787118090536

字数：

页码：

版次：5

装帧：平装

开本：12k

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《胚胎型仿生自修复技术》首先介绍了胚胎型仿生自修复硬件的研究现状与发展趋势，然后分别从原核和真核两个方面对仿生自修复硬件涉及的生物学原理进行了研究探讨，以此为基础，重点论述了胚胎仿生自修复硬件的基本原理和硬件结构，并分别以4×4的乘法器、FIR滤波器和模糊控制器为对象，研究了基于FPGA的仿生自修复硬件、真核仿生阵列和内分泌仿生阵列的设计和实现方法。
　　本书适合于电子系统设计人员及相关研究人员阅读，也可作为电子系统设计、微电子与纳米技术、可靠性设计与维修工程等相关专业研究生和高年级本科生的教材或参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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材料科学的革新：探索仿生自修复材料的未来 自古以来，人类就对生命的奥秘充满了好奇，并从中汲取灵感。模仿生物体的强大修复能力，是材料科学领域一个令人兴奋的研究方向。想象一下，那些曾经容易损坏、需要精心维护的材料，能够像生物体一样，在受到损伤后自行修复，恢复其完整性和功能。这不再是科幻小说中的场景，而是正在逐步实现的科学突破。 本书将深入探讨仿生自修复材料的起源、原理、关键技术及其广阔的应用前景。我们将追溯仿生自修复理念的根源，从大自然中汲取灵感，理解生物体为何能够如此高效地应对损伤，例如伤口愈合、骨骼再生、植物修复叶片等。通过对这些生物机制的细致观察和深入研究，科学家们得以提炼出能够模仿这些过程的材料设计思路。 一、仿生自修复的原理：从自然到材料 生物体的自修复能力是一个复杂而精妙的系统工程。当细胞受损时，一系列的信号通路会被激活，调动各种生物分子，如酶、蛋白质、细胞器等，参与到修复过程中。这些过程通常包括： 损伤检测与信号传递： 生物体能够精确地感知到损伤的位置和程度，并迅速向损伤部位传递修复信号。 愈合物质的生成与输送： 损伤部位会产生或从身体其他部位输送愈合所需的“原材料”，例如蛋白质、细胞、生长因子等。 结构重塑与功能恢复： 新生成的物质会按照预定的蓝图，在损伤部位进行重组，填补缺损，重建原有的结构和功能。 将这些生物原理转化为材料科学的语言，需要我们理解材料的微观结构、化学组成以及损伤后的响应机制。仿生自修复材料的核心在于设计能够主动响应损伤并启动修复过程的“智能”组件。 1. 损伤响应机制 裂纹萌生与扩展的感知： 与生物体能感知损伤类似，仿生材料需要某种机制来检测到裂纹的产生和蔓延。这可能通过感应器、应力集中区域的化学变化，或者材料内部预埋的响应单元来实现。 修复物质的释放与激活： 一旦损伤被检测到，预埋在材料内部的修复物质（例如微胶囊、管道系统中的修复液）会被触发释放。这些修复物质可能处于休眠状态，需要特定的条件（如接触空气、水分、温度变化、或者特定的催化剂）来激活其修复功能。 裂纹填补与结构恢复： 释放出的修复物质在裂纹处发生化学反应，例如聚合、固化、或与基体材料发生相互作用，从而填补裂纹，恢复材料的连续性和力学性能。 2. 模仿生物的自修复策略 “微胶囊”策略： 类似于生物体内包裹着酶和催化剂的细胞器，科学家们将修复剂（例如单体、预聚物）封装在微小的、易于破裂的胶囊中，并将这些微胶囊均匀地分散在材料基体中。当材料出现裂纹时，微胶囊破裂，释放出修复剂，在催化剂的作用下发生聚合反应，填补裂纹。 “管道”策略： 模拟生物体内的血管系统，将微管道网络嵌入材料内部。这些管道中充满了修复液。当材料受损时，裂纹会切断管道，修复液便会流出并与周围的催化剂反应，实现自修复。 “内在响应”策略： 这种策略不依赖于预先封装的修复物质，而是利用材料本身的化学结构。例如，某些高分子材料在受到损伤后，通过可逆的化学键断裂和重组，或者借助外部激励（如热、光），可以实现一定程度的自修复。这更接近于生物体中动态的分子重塑过程。 “生物启发”策略： 直接借鉴生物体的自修复分子机制。例如，模拟DNA的修复机制，或者模仿某些蛋白质在损伤位点的定向组装。 二、关键技术：实现仿生自修复的基石 仿生自修复材料的研究涉及多学科的交叉融合，包括但不限于高分子化学、纳米技术、生物化学、材料力学、以及微纳制造技术。以下是一些关键的技术领域： 1. 智能微纳封装技术 为了有效地将修复物质引入材料并确保其在需要时释放，微纳封装技术至关重要。这包括： 微胶囊的制备与控制： 通过乳液法、悬浮法、喷雾干燥等技术，制备出粒径可控、壁厚均匀、封装效率高的微胶囊。对微胶囊壳材料的选择同样重要，需要考虑其与基体材料的相容性、机械强度以及对特定触发条件的响应性。 微管道网络的构建： 利用微流控技术、3D打印技术、模板法等，在材料内部构建精密的微管道网络。管道的设计需要考虑修复物质的流动路径、释放速率以及与基体材料的界面。 纳米颗粒的集成： 将具有自修复功能的纳米颗粒，如催化剂纳米颗粒、响应性高分子纳米颗粒等，分散到材料中，使其能够协同作用，实现更高效的修复。 2. 高性能基体材料的设计 自修复能力需要依附于坚固且能够兼容修复机制的基体材料。当前的研究主要集中在以下几类材料： 自修复高分子材料： 利用具有可逆键（如氢键、离子键、动态共价键）的高分子，在受损后通过外场（如加热、光照）或内部化学反应实现链的重新连接，恢复力学性能。 自修复复合材料： 将自修复功能单元（如微胶囊、管道）嵌入传统的复合材料基体中，例如环氧树脂、聚氨酯等，从而赋予这些结构材料自修复能力。 自修复陶瓷与金属材料： 虽然更具挑战性，但也有研究探索在陶瓷和金属材料中引入自修复机制，例如利用特殊的氧化物形成、或者在金属中引入能够填充裂纹的微结构。 3. 损伤触发与响应机制的优化 精确的损伤检测和高效的修复物质释放是自修复的关键。 触发条件的开发： 研究如何精确地控制修复物质的释放，例如设计对特定温度、压力、pH值、或紫外线敏感的微胶囊壁，或者开发能够感知裂纹应力集中的释放机制。 修复化学的创新： 开发高效的聚合反应、固化反应，以及能够与基体材料良好结合的修复剂，确保修复后的材料具有接近原始的力学性能和耐久性。 4. 性能评估与表征 严格的性能评估是衡量自修复材料有效性的标准。 力学性能恢复率： 通过拉伸、弯曲、冲击等力学测试，评估修复后材料的强度、韧性、模量等关键性能的恢复程度。 损伤检测与修复过程可视化： 利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线成像等手段，观察裂纹的形成、修复物质的分布以及修复过程的微观形貌。 耐久性与循环修复： 评估材料在多次损伤和修复循环后性能的变化，以及在不同环境条件下的长期稳定性。 三、广阔的应用前景：重塑各行各业 仿生自修复技术的潜力巨大，有望在诸多领域带来革命性的变革： 航空航天领域： 飞机、航天器的结构件长期承受高强度应力，一旦出现微小裂纹就可能导致灾难性后果。自修复材料可以显著提高飞行器结构的安全性、延长使用寿命、降低维护成本。 汽车工业： 车辆外壳、轮胎、内饰件等部件容易受到磨损和撞击。自修复涂层和材料可以使汽车表面更好地抵抗划痕和轻微损伤，延长车辆的生命周期。 建筑与基础设施： 桥梁、隧道、管道等大型基础设施长期暴露于恶劣环境中，易受腐蚀和开裂。自修复混凝土、涂层等可以大幅提高基础设施的耐久性和安全性，减少昂贵的维修支出。 电子产品： 智能手机、可穿戴设备等电子产品的屏幕和外壳易碎。自修复材料可以提高这些产品的耐用性，减少因意外损坏造成的电子垃圾。 生物医学领域： 仿生自修复材料在人工器官、药物输送系统、组织工程支架等方面具有巨大潜力，能够模拟生物组织的修复过程，提高植入物的相容性和功能性。 能源领域： 太阳能电池板、风力涡轮叶片等户外使用的能源设备，长期面临风雨侵蚀。自修复涂层可以保护这些设备，提高能源转化效率和使用寿命。 四、挑战与未来展望 尽管仿生自修复材料的研究取得了显著进展，但仍面临一些挑战： 修复效率与性能： 很多现有自修复材料的修复效率和性能恢复程度仍有待提高，距离完全模拟生物体的修复能力还有一定差距。 成本与规模化生产： 复杂的制备工艺和昂贵的原材料使得一些自修复材料的成本较高，限制了其大规模商业化应用。 环境适应性： 材料在不同温度、湿度、化学环境下的自修复性能可能存在差异，需要进一步优化。 多功能集成： 如何将自修复功能与其他功能（如导电、传感、抗菌）集成到同一材料中，实现“智能”材料的综合应用，是未来的重要方向。 展望未来，随着材料科学、纳米技术、生物技术等领域的不断发展，我们有理由相信，仿生自修复技术将不断突破瓶颈，涌现出更多高性能、低成本、环境友好的自修复材料。这些材料将以前所未有的方式改变我们的生活，带来更安全、更耐久、更可持续的未来。从微小的电子元件到宏大的基础设施，仿生自修复材料正逐渐从实验室走向现实，开启材料科学的新纪元。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，了解仿生自修复材料的科学原理、技术进展以及其在各个领域的应用潜力。我们希望通过细致的讲解和严谨的分析，激发更多人对这一前沿领域的兴趣，并为未来的研究和应用提供有价值的参考。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对材料科学发展史略有涉猎的业余爱好者，我常常感慨，我们似乎总是落后于大自然。我们发明了各种合金、复合材料，但它们在面对疲劳和损伤时，表现出的“惰性”和“脆弱性”是显而易见的。这本书的标题直击痛点——如何让“死”的材料拥有“活”的特性。我猜测李岳教授及其团队在书中必然着墨不少于“环境感知”和“应激反应”的建模。一个真正的自修复系统，必须能够准确识别损伤的类型、位置和严重程度，并根据这些信息调动相应的“修复资源”。这需要复杂的传感网络和决策算法的嵌入。如果书中能提供一些关于如何将生物相容性与机械强度进行巧妙平衡的案例分析，那就太棒了。例如，在软体机器人的应用中，如何在保证柔韧性的同时，植入高效的自愈合能力，避免在关键操作中因微小裂纹而导致灾难性失效。这本书在我看来，更像是一份通往未来制造哲学的高级指南。

评分☆☆☆☆☆

翻阅一些近期出版的科技专著，总感觉有些内容为了追求新颖而显得空泛，缺乏坚实的数学和物理基础支撑。这本书的 ISBN 和出版信息显示它出自一个严谨的学术出版社，这让我对其内容的可靠性抱有极高期望。我推测，既然涉及“胚胎型”的精细过程，那么在数学建模方面，作者必然会采用先进的偏微分方程组、随机过程分析甚至是深度学习的方法来模拟细胞迁移和组织重塑。我希望看到的不仅仅是定性的描述，而是可被验证的、可重复的定量分析。具体来说，我很想了解书中是否探讨了能量的最小化原理在自修复过程中的作用，或者说，生物体是如何以最低的代谢成本实现高效修复的。如果能够针对不同尺度的修复（从分子键的重新形成到宏观组织的重建）建立多尺度模型，并论证它们之间的内在联系，那么这本书的学术价值将是无与伦比的，足以成为研究生教材级别的深度读物。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名听起来就充满了未来感和深度，光是“胚胎型仿生自修复技术”这几个字，就足够让人脑洞大开，浮想联翩。我一直在关注生物工程和材料科学的前沿进展，对于那些能够模拟自然界最精妙设计理念的技术尤其着迷。想象一下，如果我们的材料、设备甚至人造器官，都能像生命体一样，在受损后进行自我修复和再生，那将是多么革命性的突破。我猜想这本书会深入探讨如何从胚胎发育过程中汲取灵感，理解细胞群体的协同作用和精确的信号传递机制，并将这些复杂的生物学原理转化为可工程化的技术路线。作者李岳（或其他作者）想必在这一交叉领域有着深厚的学术背景，这本书可能不仅仅是理论综述，更有可能包含了大量的实验数据、模型构建和潜在的应用前景分析。我期待看到书中对现有仿生学研究的局限性进行批判性审视，并提出一条切实可行的、以“胚胎”为蓝本的自修复技术发展路径。那种超越传统机械修复的、更具生命力与适应性的修复范式，无疑是未来科技皇冠上的明珠，能从这本书里窥见其冰山一角，我已经感到无比兴奋。

评分☆☆☆☆☆

最近我一直在关注那些能从根本上改变工业维护范式的颠覆性技术。传统维护依赖于定期检查、预防性更换或者事后抢修，这些方法都带有很强的人工干预色彩，成本高昂且效率受限。这本书所描绘的“胚胎型仿生自修复技术”，预示着一个“永不失效”或“自适应长寿”材料时代的到来。我设想，读完此书，我能掌握一套全新的视角来看待材料的“生命周期”。它不再是一个线性的消耗过程，而是一个动态的、不断自我优化的循环。我特别关注其中关于“记忆”和“学习”的讨论——一个理想的自修复系统是否能“记住”它上次的修复策略，并根据环境变化调整下一次的修复方案？这种基于反馈的学习机制，正是我们当前工程设计中最稀缺的元素。如果李岳的著作能在这方面提供前瞻性的思考和可能的实现路径，那么它对航空航天、生物医学植入体等高风险领域的贡献将是不可估量的。这本书的价值，或许在于它不仅是技术的介绍，更是一种思维方式的重塑。

评分☆☆☆☆☆

我最近在整理我的工程学参考书库时，发现许多经典著作虽然扎实，但在面对跨学科融合的挑战时显得有些力不从心。这本书的出现，似乎正好填补了我在“复杂系统自适应性”研究中的一个知识盲区。它涉及的领域必然要求极高的跨学科素养，从微观的分子动力学到宏观的结构设计，都需要一个统一的理论框架来串联。我特别好奇作者是如何处理“仿生”与“技术实现”之间的鸿沟的。毕竟，自然界的自修复是经过亿万年演化筛选的完美方案，而人类在实验室环境下重现这种智能，难度可想而知。我希望能在这本书中找到关于智能材料设计、活性支架构建或者甚至是微流控系统中诱导修复信号传输的详细论述。如果书中能提供一些关于如何量化评估“修复效率”和“结构完整性恢复程度”的新指标和新方法，那对于我正在进行的项目将是如虎添翼。这本书的厚度本身就暗示了其内容的广度和深度，我相信它绝不会停留在浮于表面的概念炒作，而是真正致力于解决工程实践中的核心难题。