胚胎型仿生自修復技術 李嶽 ... [等]著 9787118090536 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李嶽 ...（等）著 著

圖書標籤:

• 仿生學
• 自修復材料
• 胚胎學
• 生物材料
• 材料科學
• 工程學
• 損傷控製
• 智能材料
• 組織工程
• 生物醫學工程

店鋪： 書逸天下圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118090536

商品編碼：29376462014

包裝：平裝

齣版時間：2014-12-01

基本信息

書名：胚胎型仿生自修復技術

定價：58.00元

作者：李嶽 ... 著

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2014-12-01

ISBN：9787118090536

字數：

頁碼：

版次：5

裝幀：平裝

開本：12k

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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　　《胚胎型仿生自修復技術》首先介紹瞭胚胎型仿生自修復硬件的研究現狀與發展趨勢，然後分彆從原核和真核兩個方麵對仿生自修復硬件涉及的生物學原理進行瞭研究探討，以此為基礎，重點論述瞭胚胎仿生自修復硬件的基本原理和硬件結構，並分彆以4×4的乘法器、FIR濾波器和模糊控製器為對象，研究瞭基於FPGA的仿生自修復硬件、真核仿生陣列和內分泌仿生陣列的設計和實現方法。
　　本書適閤於電子係統設計人員及相關研究人員閱讀，也可作為電子係統設計、微電子與納米技術、可靠性設計與維修工程等相關專業研究生和高年級本科生的教材或參考書。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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材料科學的革新：探索仿生自修復材料的未來 自古以來，人類就對生命的奧秘充滿瞭好奇，並從中汲取靈感。模仿生物體的強大修復能力，是材料科學領域一個令人興奮的研究方嚮。想象一下，那些曾經容易損壞、需要精心維護的材料，能夠像生物體一樣，在受到損傷後自行修復，恢復其完整性和功能。這不再是科幻小說中的場景，而是正在逐步實現的科學突破。 本書將深入探討仿生自修復材料的起源、原理、關鍵技術及其廣闊的應用前景。我們將追溯仿生自修復理念的根源，從大自然中汲取靈感，理解生物體為何能夠如此高效地應對損傷，例如傷口愈閤、骨骼再生、植物修復葉片等。通過對這些生物機製的細緻觀察和深入研究，科學傢們得以提煉齣能夠模仿這些過程的材料設計思路。 一、仿生自修復的原理：從自然到材料 生物體的自修復能力是一個復雜而精妙的係統工程。當細胞受損時，一係列的信號通路會被激活，調動各種生物分子，如酶、蛋白質、細胞器等，參與到修復過程中。這些過程通常包括： 損傷檢測與信號傳遞： 生物體能夠精確地感知到損傷的位置和程度，並迅速嚮損傷部位傳遞修復信號。 愈閤物質的生成與輸送： 損傷部位會産生或從身體其他部位輸送愈閤所需的“原材料”，例如蛋白質、細胞、生長因子等。 結構重塑與功能恢復： 新生成的物質會按照預定的藍圖，在損傷部位進行重組，填補缺損，重建原有的結構和功能。 將這些生物原理轉化為材料科學的語言，需要我們理解材料的微觀結構、化學組成以及損傷後的響應機製。仿生自修復材料的核心在於設計能夠主動響應損傷並啓動修復過程的“智能”組件。 1. 損傷響應機製 裂紋萌生與擴展的感知： 與生物體能感知損傷類似，仿生材料需要某種機製來檢測到裂紋的産生和蔓延。這可能通過感應器、應力集中區域的化學變化，或者材料內部預埋的響應單元來實現。 修復物質的釋放與激活： 一旦損傷被檢測到，預埋在材料內部的修復物質（例如微膠囊、管道係統中的修復液）會被觸發釋放。這些修復物質可能處於休眠狀態，需要特定的條件（如接觸空氣、水分、溫度變化、或者特定的催化劑）來激活其修復功能。 裂紋填補與結構恢復： 釋放齣的修復物質在裂紋處發生化學反應，例如聚閤、固化、或與基體材料發生相互作用，從而填補裂紋，恢復材料的連續性和力學性能。 2. 模仿生物的自修復策略 “微膠囊”策略： 類似於生物體內包裹著酶和催化劑的細胞器，科學傢們將修復劑（例如單體、預聚物）封裝在微小的、易於破裂的膠囊中，並將這些微膠囊均勻地分散在材料基體中。當材料齣現裂紋時，微膠囊破裂，釋放齣修復劑，在催化劑的作用下發生聚閤反應，填補裂紋。 “管道”策略： 模擬生物體內的血管係統，將微管道網絡嵌入材料內部。這些管道中充滿瞭修復液。當材料受損時，裂紋會切斷管道，修復液便會流齣並與周圍的催化劑反應，實現自修復。 “內在響應”策略： 這種策略不依賴於預先封裝的修復物質，而是利用材料本身的化學結構。例如，某些高分子材料在受到損傷後，通過可逆的化學鍵斷裂和重組，或者藉助外部激勵（如熱、光），可以實現一定程度的自修復。這更接近於生物體中動態的分子重塑過程。 “生物啓發”策略： 直接藉鑒生物體的自修復分子機製。例如，模擬DNA的修復機製，或者模仿某些蛋白質在損傷位點的定嚮組裝。 二、關鍵技術：實現仿生自修復的基石 仿生自修復材料的研究涉及多學科的交叉融閤，包括但不限於高分子化學、納米技術、生物化學、材料力學、以及微納製造技術。以下是一些關鍵的技術領域： 1. 智能微納封裝技術 為瞭有效地將修復物質引入材料並確保其在需要時釋放，微納封裝技術至關重要。這包括： 微膠囊的製備與控製： 通過乳液法、懸浮法、噴霧乾燥等技術，製備齣粒徑可控、壁厚均勻、封裝效率高的微膠囊。對微膠囊殼材料的選擇同樣重要，需要考慮其與基體材料的相容性、機械強度以及對特定觸發條件的響應性。 微管道網絡的構建： 利用微流控技術、3D打印技術、模闆法等，在材料內部構建精密的微管道網絡。管道的設計需要考慮修復物質的流動路徑、釋放速率以及與基體材料的界麵。 納米顆粒的集成： 將具有自修復功能的納米顆粒，如催化劑納米顆粒、響應性高分子納米顆粒等，分散到材料中，使其能夠協同作用，實現更高效的修復。 2. 高性能基體材料的設計 自修復能力需要依附於堅固且能夠兼容修復機製的基體材料。當前的研究主要集中在以下幾類材料： 自修復高分子材料： 利用具有可逆鍵（如氫鍵、離子鍵、動態共價鍵）的高分子，在受損後通過外場（如加熱、光照）或內部化學反應實現鏈的重新連接，恢復力學性能。 自修復復閤材料： 將自修復功能單元（如微膠囊、管道）嵌入傳統的復閤材料基體中，例如環氧樹脂、聚氨酯等，從而賦予這些結構材料自修復能力。 自修復陶瓷與金屬材料： 雖然更具挑戰性，但也有研究探索在陶瓷和金屬材料中引入自修復機製，例如利用特殊的氧化物形成、或者在金屬中引入能夠填充裂紋的微結構。 3. 損傷觸發與響應機製的優化 精確的損傷檢測和高效的修復物質釋放是自修復的關鍵。 觸發條件的開發： 研究如何精確地控製修復物質的釋放，例如設計對特定溫度、壓力、pH值、或紫外綫敏感的微膠囊壁，或者開發能夠感知裂紋應力集中的釋放機製。 修復化學的創新： 開發高效的聚閤反應、固化反應，以及能夠與基體材料良好結閤的修復劑，確保修復後的材料具有接近原始的力學性能和耐久性。 4. 性能評估與錶徵 嚴格的性能評估是衡量自修復材料有效性的標準。 力學性能恢復率： 通過拉伸、彎麯、衝擊等力學測試，評估修復後材料的強度、韌性、模量等關鍵性能的恢復程度。 損傷檢測與修復過程可視化： 利用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射綫成像等手段，觀察裂紋的形成、修復物質的分布以及修復過程的微觀形貌。 耐久性與循環修復： 評估材料在多次損傷和修復循環後性能的變化，以及在不同環境條件下的長期穩定性。 三、廣闊的應用前景：重塑各行各業 仿生自修復技術的潛力巨大，有望在諸多領域帶來革命性的變革： 航空航天領域： 飛機、航天器的結構件長期承受高強度應力，一旦齣現微小裂紋就可能導緻災難性後果。自修復材料可以顯著提高飛行器結構的安全性、延長使用壽命、降低維護成本。 汽車工業： 車輛外殼、輪胎、內飾件等部件容易受到磨損和撞擊。自修復塗層和材料可以使汽車錶麵更好地抵抗劃痕和輕微損傷，延長車輛的生命周期。 建築與基礎設施： 橋梁、隧道、管道等大型基礎設施長期暴露於惡劣環境中，易受腐蝕和開裂。自修復混凝土、塗層等可以大幅提高基礎設施的耐久性和安全性，減少昂貴的維修支齣。 電子産品： 智能手機、可穿戴設備等電子産品的屏幕和外殼易碎。自修復材料可以提高這些産品的耐用性，減少因意外損壞造成的電子垃圾。 生物醫學領域： 仿生自修復材料在人工器官、藥物輸送係統、組織工程支架等方麵具有巨大潛力，能夠模擬生物組織的修復過程，提高植入物的相容性和功能性。 能源領域： 太陽能電池闆、風力渦輪葉片等戶外使用的能源設備，長期麵臨風雨侵蝕。自修復塗層可以保護這些設備，提高能源轉化效率和使用壽命。 四、挑戰與未來展望 盡管仿生自修復材料的研究取得瞭顯著進展，但仍麵臨一些挑戰： 修復效率與性能： 很多現有自修復材料的修復效率和性能恢復程度仍有待提高，距離完全模擬生物體的修復能力還有一定差距。 成本與規模化生産： 復雜的製備工藝和昂貴的原材料使得一些自修復材料的成本較高，限製瞭其大規模商業化應用。 環境適應性： 材料在不同溫度、濕度、化學環境下的自修復性能可能存在差異，需要進一步優化。 多功能集成： 如何將自修復功能與其他功能（如導電、傳感、抗菌）集成到同一材料中，實現“智能”材料的綜閤應用，是未來的重要方嚮。 展望未來，隨著材料科學、納米技術、生物技術等領域的不斷發展，我們有理由相信，仿生自修復技術將不斷突破瓶頸，湧現齣更多高性能、低成本、環境友好的自修復材料。這些材料將以前所未有的方式改變我們的生活，帶來更安全、更耐久、更可持續的未來。從微小的電子元件到宏大的基礎設施，仿生自修復材料正逐漸從實驗室走嚮現實，開啓材料科學的新紀元。 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，瞭解仿生自修復材料的科學原理、技術進展以及其在各個領域的應用潛力。我們希望通過細緻的講解和嚴謹的分析，激發更多人對這一前沿領域的興趣，並為未來的研究和應用提供有價值的參考。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對材料科學發展史略有涉獵的業餘愛好者，我常常感慨，我們似乎總是落後於大自然。我們發明瞭各種閤金、復閤材料，但它們在麵對疲勞和損傷時，錶現齣的“惰性”和“脆弱性”是顯而易見的。這本書的標題直擊痛點——如何讓“死”的材料擁有“活”的特性。我猜測李嶽教授及其團隊在書中必然著墨不少於“環境感知”和“應激反應”的建模。一個真正的自修復係統，必須能夠準確識彆損傷的類型、位置和嚴重程度，並根據這些信息調動相應的“修復資源”。這需要復雜的傳感網絡和決策算法的嵌入。如果書中能提供一些關於如何將生物相容性與機械強度進行巧妙平衡的案例分析，那就太棒瞭。例如，在軟體機器人的應用中，如何在保證柔韌性的同時，植入高效的自愈閤能力，避免在關鍵操作中因微小裂紋而導緻災難性失效。這本書在我看來，更像是一份通往未來製造哲學的高級指南。

評分☆☆☆☆☆

我最近在整理我的工程學參考書庫時，發現許多經典著作雖然紮實，但在麵對跨學科融閤的挑戰時顯得有些力不從心。這本書的齣現，似乎正好填補瞭我在“復雜係統自適應性”研究中的一個知識盲區。它涉及的領域必然要求極高的跨學科素養，從微觀的分子動力學到宏觀的結構設計，都需要一個統一的理論框架來串聯。我特彆好奇作者是如何處理“仿生”與“技術實現”之間的鴻溝的。畢竟，自然界的自修復是經過億萬年演化篩選的完美方案，而人類在實驗室環境下重現這種智能，難度可想而知。我希望能在這本書中找到關於智能材料設計、活性支架構建或者甚至是微流控係統中誘導修復信號傳輸的詳細論述。如果書中能提供一些關於如何量化評估“修復效率”和“結構完整性恢復程度”的新指標和新方法，那對於我正在進行的項目將是如虎添翼。這本書的厚度本身就暗示瞭其內容的廣度和深度，我相信它絕不會停留在浮於錶麵的概念炒作，而是真正緻力於解決工程實踐中的核心難題。

評分☆☆☆☆☆

最近我一直在關注那些能從根本上改變工業維護範式的顛覆性技術。傳統維護依賴於定期檢查、預防性更換或者事後搶修，這些方法都帶有很強的人工乾預色彩，成本高昂且效率受限。這本書所描繪的“胚胎型仿生自修復技術”，預示著一個“永不失效”或“自適應長壽”材料時代的到來。我設想，讀完此書，我能掌握一套全新的視角來看待材料的“生命周期”。它不再是一個綫性的消耗過程，而是一個動態的、不斷自我優化的循環。我特彆關注其中關於“記憶”和“學習”的討論——一個理想的自修復係統是否能“記住”它上次的修復策略，並根據環境變化調整下一次的修復方案？這種基於反饋的學習機製，正是我們當前工程設計中最稀缺的元素。如果李嶽的著作能在這方麵提供前瞻性的思考和可能的實現路徑，那麼它對航空航天、生物醫學植入體等高風險領域的貢獻將是不可估量的。這本書的價值，或許在於它不僅是技術的介紹，更是一種思維方式的重塑。

評分☆☆☆☆☆

翻閱一些近期齣版的科技專著，總感覺有些內容為瞭追求新穎而顯得空泛，缺乏堅實的數學和物理基礎支撐。這本書的 ISBN 和齣版信息顯示它齣自一個嚴謹的學術齣版社，這讓我對其內容的可靠性抱有極高期望。我推測，既然涉及“胚胎型”的精細過程，那麼在數學建模方麵，作者必然會采用先進的偏微分方程組、隨機過程分析甚至是深度學習的方法來模擬細胞遷移和組織重塑。我希望看到的不僅僅是定性的描述，而是可被驗證的、可重復的定量分析。具體來說，我很想瞭解書中是否探討瞭能量的最小化原理在自修復過程中的作用，或者說，生物體是如何以最低的代謝成本實現高效修復的。如果能夠針對不同尺度的修復（從分子鍵的重新形成到宏觀組織的重建）建立多尺度模型，並論證它們之間的內在聯係，那麼這本書的學術價值將是無與倫比的，足以成為研究生教材級彆的深度讀物。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名聽起來就充滿瞭未來感和深度，光是“胚胎型仿生自修復技術”這幾個字，就足夠讓人腦洞大開，浮想聯翩。我一直在關注生物工程和材料科學的前沿進展，對於那些能夠模擬自然界最精妙設計理念的技術尤其著迷。想象一下，如果我們的材料、設備甚至人造器官，都能像生命體一樣，在受損後進行自我修復和再生，那將是多麼革命性的突破。我猜想這本書會深入探討如何從胚胎發育過程中汲取靈感，理解細胞群體的協同作用和精確的信號傳遞機製，並將這些復雜的生物學原理轉化為可工程化的技術路綫。作者李嶽（或其他作者）想必在這一交叉領域有著深厚的學術背景，這本書可能不僅僅是理論綜述，更有可能包含瞭大量的實驗數據、模型構建和潛在的應用前景分析。我期待看到書中對現有仿生學研究的局限性進行批判性審視，並提齣一條切實可行的、以“胚胎”為藍本的自修復技術發展路徑。那種超越傳統機械修復的、更具生命力與適應性的修復範式，無疑是未來科技皇冠上的明珠，能從這本書裏窺見其冰山一角，我已經感到無比興奮。