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關(guān)于大自然中有哪些納米功能材料
納米技術(shù)是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，研究結(jié)構(gòu)尺寸在1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。下面是小編為大家收集的，僅供參考，希望能夠幫助到大家。下面是小編為大家收集的關(guān)于大自然中有哪些納米功能材料，僅供參考，希望能夠幫助到大家。
1、大自然中有哪些納米功能材料？
潔身自好的蓮花 壁虎 貝類 水黽 蝴蝶 利用羅盤定位的蜜蜂 蜘蛛絲
2、在日常生活中你見(jiàn)到哪些人造納米材料？ 碳納米管，石墨烯，各種金屬，金屬氧化物、半導(dǎo)體納米線量子點(diǎn)，等等
1、可以通過(guò)哪些因素調(diào)控電放納米纖維的直徑？
2、如何評(píng)價(jià)電放納米纖維的質(zhì)量？
1、說(shuō)說(shuō)你身邊可以用電放工藝處理制備納米纖維膜的材料？
2、舉一個(gè)列子，說(shuō)明材料經(jīng)過(guò)電紡形成納米纖維膜后將產(chǎn)生更好的效果？
1、高壓靜電紡絲技術(shù)為什么會(huì)大熱？
2、高壓靜電紡絲與傳統(tǒng)紡絲異同點(diǎn)有哪些？
1、什么是改進(jìn)型同軸電紡？
2、相比于普通電紡，改進(jìn)型同軸電紡有什么優(yōu)勢(shì)？
1、如何應(yīng)用芯鞘纖維模板制備其他功能材料？
2、如何通過(guò)芯鞘纖維模板獲得藥物的倆相控釋功能？
事實(shí)上，納米技術(shù)并不神秘，也不是人類的專利。早在宇宙誕生之初，納米材料和納米技術(shù)就已經(jīng)存在了。在地球的漫長(zhǎng)演化過(guò)程中，自然界的生物，從亭亭玉立的荷花、丑陋的蜘蛛，到詭異的海蛇尾，從飛舞的蜜蜂、水面的水黽，到海中的貝殼，從絢麗的蝴蝶、巴掌大的壁虎，到顯微鏡才能看得到的細(xì)菌……它們個(gè)個(gè)都是身懷多項(xiàng)納米技術(shù)的高手。這些動(dòng)植物們通過(guò)精湛的納米技藝，或賴以糊口，或用以御敵，一代代，在大自然中頑強(qiáng)地生存下來(lái)，不僅豐富了我們周圍的世界，而且給現(xiàn)代的納米科技工作者帶來(lái)了無(wú)數(shù)靈感和啟示。
潔身自好的蓮花
一提到蓮花，人們很自然地就會(huì)聯(lián)想到荷葉上滾動(dòng)的露珠，以及其出淤泥而不染的高尚品格。
20世紀(jì)70年代，德國(guó)波恩大學(xué)的植物學(xué)家巴特洛特在研究植物葉面時(shí)發(fā)現(xiàn)，光滑的葉子表面有灰塵，要先清洗才能在顯微鏡下觀察，而蓮葉等葉面卻總是干干凈凈。他們利用人造的灰塵粒子污染玉蘭、林山毛櫸、蓮花、芋、甘藍(lán)等8種植物的葉面，然后用人造雨清洗2分鐘，最后將葉面傾斜15°使雨滴滑落，觀察葉面灰塵粒子殘留的狀況。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有些植物葉面殘留的污染物多達(dá)40％以上；而蓮花等植物葉面的污染物殘留比例皆小于5％。
這就是所謂的蓮花效應(yīng)。
那么，什么原因?qū)е铝诉@種蓮花效應(yīng)呢?蓮花效應(yīng)又能給植物本身帶來(lái)哪些好處呢7，
現(xiàn)代電子顯微鏡技術(shù)可以給出正確的答案。
通過(guò)電子顯微鏡，我們可以觀察到蓮葉表面存在著非常復(fù)雜的多重納米和微米級(jí)的超微結(jié)構(gòu)。荷葉表面上有一些微小的蠟質(zhì)顆粒，并且覆蓋著無(wú)數(shù)尺寸約10個(gè)微米的突包，每個(gè)突包的表面又布滿了直徑僅為幾百納米的更細(xì)的絨毛。在突包間的凹陷部分充滿著空氣，這樣就緊貼葉面形成一層極薄、只有納米級(jí)厚的空氣層，從而使得在尺寸上遠(yuǎn)大于這種結(jié)構(gòu)的灰塵、雨水等落在葉面上后，不會(huì)大范圍直接接觸葉面，而要隔著一層極薄的空氣，并且其能接觸的點(diǎn)也只是葉面上若干個(gè)凸起的點(diǎn)。
這是自然界中生物長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果，正是這種特殊的納米結(jié)構(gòu)，使得荷葉表面不沾水滴，可以保持清潔：當(dāng)荷葉上有水時(shí)，水會(huì)在自身表面張力的作用下形成球狀。風(fēng)吹動(dòng)水珠在葉面上滾動(dòng)時(shí)，水珠可以沾起葉面上的灰塵，并從上面高速滑落，從而使得蓮葉能夠更好地進(jìn)行光合作用。
研究表明，這種具有自潔效應(yīng)的表面超微納米結(jié)構(gòu)形貌，不僅存在于荷葉中，也普遍存在于其他植物中。某些動(dòng)物的皮毛中也存在這種結(jié)構(gòu)。
這種特性可以應(yīng)用在玻璃上或是戰(zhàn)機(jī)的雷達(dá)上，例如：經(jīng)過(guò)納米處理的玻璃本身也可以具有自潔效果。還有企業(yè)利用納米技術(shù)處理涂料，涂上此涂料的物體因而也擁有了自潔效果。也許在未來(lái)的世界中，我們周圍將不斷出現(xiàn)不會(huì)臟的地板、墻壁，和沒(méi)有灰塵的無(wú)線電用品。
飛檐走壁的壁虎
壁虎可以在任何墻面上爬行，反貼在天花板上，甚至用一只腳在天花板上倒掛。它依靠的就是納米技術(shù)。
過(guò)去，人們以為壁虎飛檐走壁靠的是腳掌上的神奇吸盤，憑借著“吸力”，它們才能夠讓身體自由漫步在任意一個(gè)三維空間內(nèi)。但事實(shí)并非人們想像的那樣簡(jiǎn)單。
專家說(shuō)，“壁虎漫步”靠的不是吸盤，而是腳趾上數(shù)以萬(wàn)計(jì)的細(xì)小剛毛。剛毛根部有幾十微米粗，頂端分成很多更細(xì)更彎的絨毛，每根絨毛的直徑僅幾百納米，其末梢延展成扁平形。此種精細(xì)結(jié)構(gòu)，使得壁虎以幾納米的距離大面積地貼近墻面。盡管這些絨毛很纖弱，但足以使所謂的范德華鍵(有些物質(zhì)的分子具有極性，其中分子的一部分帶有正電荷，而分子的另一部分帶有負(fù)電荷，一個(gè)分子的正電荷部位和另一分子的負(fù)電荷部位間，以微弱靜電引力相互吸引，使兩者結(jié)合在一起，稱為范德華鍵或分子鍵)發(fā)揮作用，為壁虎提供數(shù)百萬(wàn)個(gè)的附著點(diǎn)，從而支撐其體重。這種附著力可通過(guò)“剝落”輕易打破，就像撕開(kāi)膠帶一樣，因此壁虎能夠自由穿過(guò)天花板。
在現(xiàn)實(shí)生活中，專家們?cè)噲D據(jù)此制造出神奇的納米材料，并將其廣泛地應(yīng)用到我們的生活中。比如，我們可以制造出抓地更牢的運(yùn)動(dòng)鞋，可以制作雨雪環(huán)境中不再打滑的汽車輪胎。而在影視劇拍攝中，演員們可以告別工作室里的電腦，真正在摩天大樓的玻璃幕墻上一展身手。據(jù)此開(kāi)發(fā)出的空間探測(cè)用攀爬型機(jī)器人，無(wú)論在什么惡劣的條件下都可以在太空飛行器的外表面行走，給飛行器進(jìn)行“體檢”。
貝類——嫻熟的黏合高手
這里所指的就是普通的貝類，也即我們與蔬菜一起烹飪、經(jīng)�？梢猿缘降哪欠N貝類，它們堪稱納米黏合技術(shù)的高手。
當(dāng)貝類想把自己貼在一塊巖石上時(shí)，就會(huì)打開(kāi)貝殼，把觸角貼到巖石上，它將觸角拱成一個(gè)吸盤，然后通過(guò)細(xì)管向低壓區(qū)注射無(wú)數(shù)條黏液和膠束：釋放出強(qiáng)力水下膠粘劑。這些黏液和膠束瞬間形成泡沫，起到小墊子的作用。貝類通過(guò)彈性足絲停泊在這個(gè)“減震器”上。這樣，它們就可以隨波起伏，而不至于受傷。這種牢固的膠粘效果就來(lái)自黏液和巖石納米尺度下分子之間的相互作用。
依據(jù)該項(xiàng)研究，專家們?cè)O(shè)想未來(lái)也許可以研發(fā)出一種醫(yī)用防水生物膠。此類粘膠不會(huì)侵害人體細(xì)胞或引發(fā)人體免疫反應(yīng)，具有防水功能，能夠成為黏接斷裂骨骼和縫合軟組織的理想材料，也適用于在潮濕的口腔中修復(fù)牙齒損傷。
眼觀六路的海蛇尾
海蛇尾是一種帶甲殼的碟形海底生物，酷似海星。它有5個(gè)觸角，沒(méi)有眼睛，盡管如此，海蛇尾卻能夠敏捷地感知遠(yuǎn)處潛在的天敵，并及時(shí)將觸角縮進(jìn)殼里。海蛇尾這種靈敏的感覺(jué)，長(zhǎng)期以來(lái)，一直令生物學(xué)家迷惑不解。
近來(lái)，這個(gè)問(wèn)題終于在其甲殼上找到了答案：海蛇尾身上長(zhǎng)滿了“眼”，即數(shù)以萬(wàn)計(jì)的完美的微型凸透鏡。這樣一來(lái)，整個(gè)毛茸茸的身體就構(gòu)成了其眼觀六路的眼睛。
研究還表明，一只海蛇尾身上的這種透鏡數(shù)日大約有5萬(wàn)～10萬(wàn)，它們都是由碳酸鈣的納米晶體組成。這種完美的光敏感微型透鏡系統(tǒng)，是海蛇尾在生長(zhǎng)過(guò)程中，身體表面納米結(jié)晶化的結(jié)果。為了防止不必要的色邊，結(jié)晶化過(guò)程中，透鏡內(nèi)還吸收了適量的鎂，既可以幫助海蛇尾更有效地過(guò)濾光線，又可以校正透鏡的“球面像差”，進(jìn)而提高發(fā)現(xiàn)天敵的效率。
自從發(fā)現(xiàn)海蛇尾的這種特性以來(lái)，科學(xué)家一直在研究將其運(yùn)用于科技的潛力。比如，利用海蛇尾的特性制造出新型的光學(xué)儀器，或是為將來(lái)的通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供線索�，F(xiàn)在世界上的大多數(shù)光纖維用于通訊業(yè)，
透鏡被用來(lái)聚焦和反射負(fù)載數(shù)字通訊信號(hào)的光線�？茖W(xué)家說(shuō)，海蛇尾的光線聚焦能力是現(xiàn)有人工透鏡的20倍，通過(guò)研究海蛇尾，可能會(huì)增加光纖維傳送的信息量。
細(xì)菌：世界上“跑”得最快的生物
細(xì)菌的個(gè)頭雖小，但它們的運(yùn)動(dòng)速度卻相當(dāng)驚人，許多細(xì)菌每秒鐘前行數(shù)十微米，一種被稱作逗點(diǎn)弧菌的，每秒鐘可向前游動(dòng)100微米。不能小看這個(gè)數(shù)字，它相當(dāng)于細(xì)菌自身體長(zhǎng)的50倍；而一個(gè)人類運(yùn)動(dòng)員每秒鐘只能向前跑5，4倍于其體長(zhǎng)的距離；即使是擅長(zhǎng)短跑的獵豹，這個(gè)數(shù)字也只能達(dá)到25倍。從這個(gè)意義上講，細(xì)菌應(yīng)當(dāng)是世界上“跑”得最快的生物。
細(xì)菌世界的成員眾多，其運(yùn)動(dòng)方式和機(jī)制上也存在差異，但大部分能夠運(yùn)動(dòng)的細(xì)菌都是依靠自身的運(yùn)動(dòng)器官——鞭毛的作用。鞭毛是一種長(zhǎng)的蛋白絲狀物，它附著于細(xì)菌的外表，一般長(zhǎng)15～20微米、直徑20納米左右。
細(xì)菌鞭毛的功能相當(dāng)于船的螺漿，在水中可以高速旋轉(zhuǎn)從而推動(dòng)菌體前行，因此水中是鞭毛細(xì)菌自由馳騁的天地。鞭毛的旋轉(zhuǎn)速度非�？�，每秒鐘旋轉(zhuǎn)200～1000多轉(zhuǎn)，比一般的電動(dòng)機(jī)要快得多，鞭毛的高速旋轉(zhuǎn)是由其附著于菌體上的基體旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的，基體實(shí)際上就是鞭毛的基部，它由一個(gè)中軸套上2個(gè)或4個(gè)環(huán)構(gòu)成，鑲嵌固定在細(xì)菌的體表(細(xì)胞膜和細(xì)胞壁)中。
在科學(xué)家的眼中，基體簡(jiǎn)直就是一臺(tái)精巧的納米分子馬達(dá)，但這個(gè)馬達(dá)并不是靠電流驅(qū)動(dòng)，而是用伴隨著細(xì)胞膜兩側(cè)質(zhì)子梯度的消失產(chǎn)生的生物能量ATP來(lái)驅(qū)動(dòng)。細(xì)菌的鞭毛馬達(dá)還可以轉(zhuǎn)向(從反時(shí)針旋轉(zhuǎn)變?yōu)轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn))，從而使菌體發(fā)生翻滾，進(jìn)而改變細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)方向。事實(shí)上，細(xì)菌在游動(dòng)時(shí)也并不是單純地一直朝前游，而是伴隨著不時(shí)地隨機(jī)翻滾轉(zhuǎn)向，但從表觀上看仍表現(xiàn)為細(xì)菌的前行。
自由行走于水上的水黽
小型水生昆蟲(chóng)水黽被喻為“池塘中的溜冰者”，因?yàn)樗粌H能在水面上滑行，而且還會(huì)像溜冰運(yùn)動(dòng)員一樣在水面上優(yōu)雅地跳躍和玩耍。它的高明之處是，既不會(huì)劃破水面，也不會(huì)浸濕自己的腿。
水黽是如何練就如此水上絕技?
對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所研究員在國(guó)際權(quán)威期刊《自然》雜志上發(fā)表論文，揭開(kāi)了水黽“水上輕功”的奧秘，并認(rèn)為水黽腿部特殊的微納米結(jié)構(gòu)才是真正原因。
水黽屬于水生半翅目類昆蟲(chóng)，因種類不同，大小也各不一樣。一只中等大小的水黽重約30毫克，水黽的腿能排開(kāi)300倍于其身體體積的水量，這就是該種昆蟲(chóng)具有非凡浮力的原因所在。
江雷領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在高倍顯微鏡下發(fā)現(xiàn)，水黽腿部上有數(shù)千根按同一方向排列的多層微米尺寸的剛毛。這些像針一樣的微米剛毛的表面上形成螺旋狀納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)槽，吸附在構(gòu)槽中的氣泡形成氣墊，這些氣墊阻礙了水滴的浸潤(rùn)，宏觀上表現(xiàn)出水黽腿的超疏水特性(超強(qiáng)的不沾水的特性)。正是這種超強(qiáng)的負(fù)載能力使得水黽在水面上行動(dòng)自如，即使在狂風(fēng)暴雨和急速流動(dòng)的水流中也不會(huì)沉沒(méi)。
這一新的發(fā)現(xiàn)將有助于在將來(lái)設(shè)計(jì)出新型的微型水上交通工具。
利用“羅盤”定位的蜜蜂
研究表明，包括蜜蜂、海龜?shù)仍趦?nèi)的許多生物體內(nèi)都存在著納米尺寸的磁性顆粒。這些磁性納米顆粒對(duì)于生物的定位與運(yùn)動(dòng)行為具有重要意義。最新的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，蜜蜂的腹部存在著磁性納米粒子，這種磁性的納米粒子具有類似指南針的功能，蜜蜂利用這種“羅盤”來(lái)確定其周圍環(huán)境，利用在磁性納米粒子中存儲(chǔ)的圖像來(lái)判明方向。當(dāng)蜜蜂采蜜歸來(lái)時(shí)，實(shí)際上就是把自己原來(lái)存儲(chǔ)的圖像和沿途所見(jiàn)的圖像進(jìn)行對(duì)比。如果兩個(gè)圖像一致，即可據(jù)此來(lái)判斷出蜂巢的所在。
利用這種納米磁性顆粒進(jìn)行導(dǎo)航，蜜蜂可以完成數(shù)千米的旅程。
五彩斑斕的蝴蝶
蝴蝶因?yàn)槠涑岚蛏献兓喽恕⒔k爛美妙的花紋使人著迷。這也讓生物學(xué)家們感到疑惑：蝴蝶令人眼花繚亂的顏色是如何形成的，又有什么不同的意義呢?
最近，荷蘭格羅寧根大學(xué)的希拉爾多博士發(fā)現(xiàn)了解決這個(gè)問(wèn)題的通道。在研究了菜粉蝶和其他蝴蝶翅膀的表面后，希拉爾多博士揭示了這個(gè)秘密：翅膀上的納米結(jié)構(gòu)正是蝴蝶的“色彩工廠”。
他的研究表明，蝴蝶翅膀上炫目的色彩來(lái)自一種微小的鱗片狀物質(zhì)，它們就像圣誕樹(shù)上小小的彩燈，在光線的照耀下能折射出斑斕的色彩。蝴蝶翅膀上的顏色其實(shí)是一種身份的標(biāo)志。不同顏色的翅膀，讓形色萬(wàn)千的蝴蝶能在很遠(yuǎn)的地方就可以識(shí)別出同伴，甚至辨別出對(duì)方是雄是雌。
通過(guò)電子顯微鏡的觀察，希拉爾多博士發(fā)現(xiàn)粉蝶翅膀的結(jié)構(gòu)非常奇特；盡管不同種類的蝴蝶，鱗片的結(jié)構(gòu)不同，但彼此之間還是有共同特征。一般來(lái)說(shuō)，蝴蝶翅膀由兩層僅有3～4微米厚的鱗片組成，上面一層鱗片像微小的屋瓦一樣交替，每個(gè)鱗片的構(gòu)造也很復(fù)雜。而下一層則比較光滑。蝴蝶翅膀這種井然有序的安排形成了所謂的光子晶體，也就是納米結(jié)構(gòu)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，蝴蝶翅膀能捕捉光線。僅讓某種波長(zhǎng)的光線透過(guò)。這便決定了不同的顏色。
會(huì)吐絲的蜘蛛
蜘蛛網(wǎng)常常出現(xiàn)在長(zhǎng)久沒(méi)有清掃的房間角落。對(duì)于普通人而言，蜘蛛網(wǎng)并不是什么了不起的東西，用掃帚輕輕一拂，蛛網(wǎng)就被掃掉了。但是蜘蛛絲本身確實(shí)是大自然的奇跡。自然界中的蜘蛛絲直徑有100納米左右，是真正的純天然納米纖維。如果用蜘蛛絲制成和普通鋼絲繩一樣粗細(xì)的繩索，可以吊起上千噸重的物體，其強(qiáng)度能與鋼索相媲美。
除了用于捕捉飛蟲(chóng)外，幾乎所有的蜘蛛都還用蛛絲作為指路線、安全繩、滑翔索。蜘蛛的腹部通常有幾種腺體，被稱為吐絲器。各種腺體產(chǎn)生不同類型蛛絲，腺體頂端有噴絲頭，其上有數(shù)千只小孔，噴出的液體一遇空氣即凝結(jié)成黏性強(qiáng)、張力大的蛛絲。通常，1000根蛛絲合并后比人的頭發(fā)絲還要細(xì)1/10。
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