胚胎型仿生自修復技術 9787118090536 國防工業齣版社 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
• 智能材料
• 生物材料
• 材料科學
• 工程學
• 國防科技
• 復閤材料
• 納米技術
• 損傷控製

店鋪： 北京文博宏圖圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118090536

商品編碼：29570060389

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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智慧材料的未來：仿生自修復技術的前沿探索 在科學技術日新月異的今天，材料科學正以前所未有的速度發展，其中，仿生自修復技術以其革新性的潛力，成為研究者們關注的焦點。這種技術模擬自然界中生物體受傷後能夠自我修復的機製，緻力於開發能夠自主檢測損傷並進行修復的智能材料。本書將深入探討這一前沿領域，勾勒齣仿生自修復技術的理論基礎、實現途徑、關鍵技術以及廣闊的應用前景，為讀者呈現一個充滿無限可能的未來材料圖景。 第一章：仿生自修復的自然啓示 自然界是仿生技術的無盡寶庫。從皮膚的愈閤到骨骼的再生，生物體的自修復能力令人驚嘆。本章將首先追溯生物自修復的起源，分析各種生物體在不同損傷程度下所展現齣的精妙修復策略，例如： 微觀層麵的機製： 深入剖析細胞層麵的損傷識彆、信號傳遞、細胞增殖與遷移，以及分子水平的生物大分子（如蛋白質、DNA）的修復和替換過程。我們將探討不同生物種群在細胞和分子層麵的修復差異性，以及它們如何協同作用以實現高效修復。 宏觀層麵的策略： 研究多細胞生物如何通過組織再生、傷口閉閤、甚至器官修復來應對創傷。例如，皮膚的傷口愈閤機製，包括炎癥反應、肉芽組織形成、上皮化等一係列復雜但有序的過程。骨摺後的愈閤過程，包括血腫形成、軟骨愈閤、骨性愈閤等，同樣展現瞭自然界的智慧。 仿生設計的靈感來源： 從生物體的自修復機製中提取關鍵的設計原理，例如“損傷識彆”單元、“修復單元”的激活與輸運，“修復物質”的産生與填充等。我們將分析不同生物修復模式（如再生、代償、疤痕愈閤）的優劣，並思考如何將其轉化為工程材料的設計思路。 進化視角下的自修復： 探討自修復能力在生物進化中的重要性，以及為何這種能力在生物體中如此普遍且高效。理解這一深層原因有助於我們更好地把握仿生自修復技術的本質。 第二章：仿生自修復材料的分類與實現原理 仿生自修復材料並非單一技術，而是涵蓋多種實現路徑。本章將對當前主要的仿生自修復材料進行係統性的分類，並詳細闡述其核心的修復原理。 基於微膠囊/微囊技術的自修復： 原理： 將修復劑（如樹脂、固化劑）封裝在微米級彆的膠囊中，當材料發生裂紋時，微膠囊破裂，釋放齣修復劑，與基體材料或另一組分發生反應，填補裂紋。 關鍵技術： 微膠囊的製備方法（如界麵聚閤、乳液聚閤）、微膠囊的尺寸與分布控製、修復劑的化學選擇與相容性、微膠囊在基體中的分散與分布。 優點與挑戰： 易於實現，修復效果顯著，但修復劑用量受限，重復修復能力有限。 基於血管網絡的自修復： 原理： 在材料內部構建微管道網絡，模擬生物體的血管係統，將修復液預先儲存在管道中。當材料受損時，裂紋與血管網絡連通，修復液被動或主動地流齣，填補裂紋。 關鍵技術： 血管網絡的構建方法（如3D打印、模闆法）、管道的尺寸與連通性設計、修復液的輸送機製（毛細作用、壓力驅動）、血管網絡的長期穩定性。 優點與挑戰： 具有潛在的多次修復能力，修復範圍廣，但製造工藝復雜，成本較高。 基於內在自修復機製的材料： 原理： 材料本身具備可逆的化學鍵或物理相互作用，在外部刺激（如熱、光、電）或在室溫下，受損區域的化學鍵能夠重新形成，從而實現材料的自我修復。 關鍵技術： 可逆共價鍵（如 Diels-Alder 反應、硫化物交換）、超分子相互作用（如氫鍵、π-π 堆積）、動態共價化學、形狀記憶聚閤物等。 優點與挑戰： 修復過程無需外部添加劑，可重復修復性強，但修復速度和強度可能受限，對外部條件要求較高。 基於相變與形狀記憶效應的自修復： 原理： 利用材料在特定溫度或壓力下的相變以及形狀記憶效應，促使受損部位恢復原狀。例如，形狀記憶聚閤物在受損後，通過加熱可以恢復其預設的形狀，從而閉閤裂紋。 關鍵技術： 形狀記憶聚閤物的設計與閤成、相變材料的選擇與集成、外部刺激的控製與應用。 優點與挑戰： 修復過程直觀，可實現宏觀形變修復，但對外部刺激依賴性強。 第三章：關鍵技術與材料體係 本章將聚焦於實現仿生自修復技術所需的關鍵技術和材料體係，深入探討當前的研究熱點和挑戰。 損傷識彆與傳感技術： 內部傳感： 利用導電聚閤物、納米材料（如碳納米管、石墨烯）等構建材料內部的導電網絡，當裂紋産生導緻導電網絡斷裂時，産生電信號，指示損傷位置。 外部傳感： 集成光學傳感器、壓阻傳感器等，能夠感知材料錶麵的形變或化學變化。 生物啓發式傳感： 模仿生物體神經係統，構建分布式傳感網絡，實現對損傷的精確定位和早期預警。 修復劑的設計與輸運： 修復劑的化學選擇： 考慮修復劑的反應活性、固化時間、力學性能、環境友好性以及與基體材料的相容性。 修復劑的微觀封裝： 優化微膠囊的壁材、尺寸、壁厚，提高其力學強度和響應性。 修復液的粘度與流動性： 針對不同尺寸的裂紋，設計具有適宜粘度和流動性的修復液，確保其能有效滲透並填充裂紋。 多組分修復體係： 協同使用多種修復劑，實現更復雜的修復功能，如同時修復力學損傷和化學降解。 基體材料的設計與優化： 聚閤物基體： 環氧樹脂、聚氨酯、聚二甲基矽氧烷（PDMS）等，重點關注其力學性能、韌性以及與修復體係的相容性。 復閤材料基體： 將自修復功能集成到縴維增強復閤材料中，提高其整體性能和使用壽命。 金屬與陶瓷基體： 探索在金屬和陶瓷材料中實現自修復的可能性，例如利用金屬的記憶效應或陶瓷的晶格缺陷修復。 外部刺激響應機製： 熱響應： 利用加熱促使可逆反應發生，或活化形狀記憶材料。 光響應： 利用紫外光或可見光引發光聚閤反應，實現修復。 電化學響應： 通過施加電場，促使離子遷移或電化學反應發生，實現修復。 第四章：仿生自修復技術的應用前景 仿生自修復技術作為一種顛覆性的材料創新，其應用前景廣闊，有望在多個領域帶來革命性的變化。 航空航天領域： 飛機結構件： 修復微裂紋，延長飛機疲勞壽命，提高飛行安全性，減少維護成本。 發動機部件： 抵抗高溫、高壓環境下的損傷，提高發動機可靠性。 太空探索器： 應對太空極端環境，實現自主修復，延長任務壽命。 汽車工業： 車身塗層： 自動修復颳痕，保持車輛美觀，延長塗層使用壽命。 輪胎： 修復微小穿刺，提高輪胎安全性，減少爆胎風險。 發動機及傳動係統： 提高關鍵部件的可靠性和耐久性。 土木工程與基礎設施： 橋梁、隧道、建築結構： 修復混凝土裂紋，防止結構劣化，延長基礎設施使用壽命，減少維護成本。 管道係統： 自動修復管道泄漏，保障輸送安全。 電子與能源領域： 柔性電子器件： 修復斷裂的導綫或裂紋，提高器件的可靠性和耐用性。 電池： 修復電池內部的微裂紋，提高電池的循環壽命和安全性。 太陽能電池闆： 修復錶麵損傷，提高能量轉化效率。 生物醫學領域： 生物植入物： 製造能夠與人體組織協同修復的植入材料，減少排異反應。 藥物輸送載體： 設計具有自修復功能的載體，精確控製藥物釋放。 人造器官： 探索實現人造器官的自我修復能力，提高其功能性和壽命。 消費品領域： 智能服裝： 修復衣物的磨損和撕裂，延長使用壽命。 傢具和傢居用品： 提高産品的耐用性和美觀性。 第五章：挑戰與未來展望 盡管仿生自修復技術展現齣巨大的潛力，但其實現和廣泛應用仍麵臨諸多挑戰。 性能的權衡： 如何在實現自修復功能的同時，保證材料的原始力學性能、熱性能等。 成本與規模化生産： 許多先進的自修復技術製備工藝復雜，成本較高，如何實現低成本、大規模的生産。 環境適應性： 如何確保自修復材料在不同環境條件（溫度、濕度、化學腐蝕等）下都能穩定工作。 修復效率與壽命： 如何提高修復的速度和修復後的材料性能，以及實現多次、長期的自修復。 標準化與評估體係： 建立完善的自修復材料的性能評估標準和測試方法。 展望未來，仿生自修復技術將朝著更智能、更高效、更通用的方嚮發展。通過多學科的交叉融閤，例如人工智能、納米技術、生物工程等，我們有望開發齣更加先進的自修復材料，它們將如同生命體一樣，能夠感知、思考、並自主地實現修復，從而開啓一個更加可持續、更加安全的材料時代。本書緻力於為研究者、工程師以及所有對未來材料充滿好奇的讀者提供一個全麵的視角，激發更多的創新與探索。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格是那種典型的學院派的嚴謹，但又不失學者的風範與激情。它沒有使用過多晦澀的行話來炫耀知識，而是緻力於將復雜的物理和化學過程用最精確的語言清晰地錶達齣來。我個人特彆關注其中關於智能材料響應機製的部分，作者對於“環境感知-決策製定-執行修復”這一閉環的數學建模和算法設計部分，處理得極為透徹。他不僅僅是羅列瞭已有的模型，更是在探討模型自身的局限性以及如何通過結閤機器學習方法來優化實時修復效率。這種前瞻性的視角讓人感到振奮，仿佛看到瞭一個全新的計算範式正在形成。書中對材料耐久性、服役壽命評估的方法論介紹，也極大地拓寬瞭我對傳統可靠性工程的理解。它不再是靜態的評估，而是轉變為一種動態的、伴隨係統生命周期的持續優化過程。每當遇到特彆精彩的論述時，我都會習慣性地在旁邊做批注，但很快發現，這本書的留白很少，因為作者幾乎把需要解釋的細節都考慮進去瞭，這對我來說既是挑戰也是一種莫大的享受，迫使我必須全神貫注地跟隨作者的思維軌跡。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的結構安排印象非常深刻，它像是一部精心編排的交響樂，從宏大的背景鋪陳到微觀機製的深入剖析，層層遞進，邏輯嚴密得令人稱奇。開篇對於仿生學曆史脈絡的迴顧，並非是簡單的文獻綜述，而是帶著批判性的眼光，指齣瞭傳統仿生技術在應對動態、復雜環境時的局限性，這為後續引入“自修復”這一核心概念做瞭極有力的鋪墊。隨後，作者深入探討瞭能源與信息在仿生係統中的集成傳輸問題，這部分內容顯示瞭作者在係統工程學上的深厚功底。書中穿插的若乾案例分析，比如對特定生物修復機製的逆嚮工程過程描述，詳盡得讓人驚嘆，從分子級彆的識彆到宏觀尺度的結構重建，每一步驟的理論依據和實驗數據都展示得井井有條。我尤其欣賞作者在討論新技術倫理和社會影響時的審慎態度，這使得整本書的立意拔高瞭一層，不再僅僅是技術手冊，更是一部關於未來工程責任的探討。閱讀過程中，我多次停下來思考，這些看似科幻的設想，如何纔能在真實的工程約束下落地生根，這本書提供瞭一張非常詳盡的“路綫圖”，充滿瞭建設性的指引。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是充滿瞭工業美感，封麵那種硬朗的質感，配閤上深沉的色調，讓人一眼就能感受到它蘊含的科技深度。我特彆喜歡它在排版上的用心，字體選擇清晰有力，圖錶的繪製精良且邏輯性極強，即便是麵對如此前沿且復雜的概念，閱讀起來也不會感到吃力。作者在引言部分對整個領域的前景展望，描繪瞭一幅令人振奮的未來藍圖，那種對技術突破的強烈自信和對人類工程學邊界拓展的渴望，隔著紙張都能撲麵而來。書中對於基礎理論的闡述，既沒有過度陷入空泛的哲學思辨，也沒有淪為枯燥的公式堆砌，而是巧妙地結閤瞭工程實例，比如在材料學與生物學交叉點上的論述，讓人感覺這些高深的理論是切實可行的，是能夠被工程實踐所支撐的。尤其是對早期概念驗證階段的描述，那種科研人員在實驗室裏反復試驗、不斷修正的真實狀態被刻畫得淋灕盡緻，極大地增強瞭閱讀的代入感，仿佛自己也參與到瞭這場偉大的探索之中。這本書絕非是那種淺嘗輒止的科普讀物，它要求讀者具備一定的專業背景，但同時，它也為有誌於此的後來者搭建瞭一座堅實的知識階梯。

評分☆☆☆☆☆

作為一名長期關注材料科學和先進製造領域的讀者，我必須說，這本書在對“係統集成”的理解上達到瞭一個新的高度。它沒有將仿生自修復僅僅視為單一材料屬性的提升，而是將其視為一個多尺度、多功能的復雜生命體工程。書中關於“功能梯度材料”在自修復結構中的應用探討，展現瞭一種超越傳統分層設計的智慧，即材料的內在屬性可以隨著其所承受的應力分布而自然變化，實現最優的性能分布。我特彆喜歡其中關於柔性電子設備在循環形變下如何維持電子連接穩定性的章節，作者引入瞭非歐幾何的概念來描述材料在大幅度拉伸或扭麯時的應力分布，這種跨學科的融閤令人耳目一新。此外，書中對“最小化冗餘”的設計哲學也進行瞭深入闡述，強調真正的仿生係統應當是高效、低能耗且高度自洽的，這與當前追求綠色製造和可持續發展的時代主題高度契閤。這本書不僅僅是描述瞭“如何做”，更深入地探討瞭“為什麼這樣設計纔是最好的”，這種對底層邏輯的深挖，是區分優秀專業書籍和一般參考書的關鍵所在。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，更像是一次與行業內頂尖專傢的深度對話。作者的敘述風格中流露齣的那種對技術細節的近乎偏執的關注，使得全書的論據都建立在堅實的數據和嚴謹的實驗結果之上。在關於修復劑載體設計的部分，作者詳細對比瞭微膠囊、血管網絡以及多孔骨架三種主流封裝和釋放策略的優缺點，並給齣瞭詳細的評價指標體係，這對於任何計劃開展相關研發工作的團隊來說，都是一份極其寶貴的“避坑指南”。我個人對書中關於“生物活性界麵”的討論特彆感興趣，它探討瞭如何通過精確控製化學信號，誘導修復反應的特異性和時序性，避免瞭傳統化學修復中常見的非目標區域反應。這種對“精準控製”的追求，是實現真正高可靠性自修復係統的核心所在。整本書在提供解決方案的同時，也清晰地標示齣瞭當前技術麵臨的瓶頸，比如長效儲存穩定性、環境適應性閾值等，這讓讀者在感到技術潛力無限的同時，也能保持清醒的認識，明確瞭未來研究的方嚮。這本書的價值在於，它既是當前技術的集大成者，也是未來十年科研的指路明燈。