利用自然:重要的材料

荷叶与水滴
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墙面涂料由StoCoat模拟的方式荷叶“清理”本身防水。

这是从摘录攻到由龟鲜绿色的大自然报告

材料——以其各种优势、饰面和功能——支撑着所有的行业,甚至包括那些涉及无形商品和服务的行业。因此,以最小的成本创造出性能卓越的材料对每个企业来说都是非常重要的。有机体利用当地可获得的材料和能量在环境条件下“制造”它们的组织,提供了无数资源效率高的材料制造的例子。

性质构建这些材料与由许多合成材料无法超越的功能繁多。它实现这通过纳米级的精度,使用以不同的比例和由合成材料的原子排列的化学元素。

选择的策略

多尺度结构

许多生物材料具有拉伸强度,硬度,韧性和今天的许多工程材料无法比拟的其他材料性能令人印象深刻的水平。这部分是通过材料的等级秩序来实现的。在纳米尺度,贝类珍珠层由沉积在蛋白质和碳水化合物基质碳酸钙晶体。

这些组件然后形成在微尺度堆叠切片。这种多尺度的组件,在毫米级为3mm厚的层可见,转换脆白垩成坚韧的陶瓷。珍珠层的结构,激发了坚韧,变形的玻璃。类似地,通过贻贝产生的防水胶粘剂欠它们的强度和粘性分层地交联的纤维。此属性的启发几个可生物降解胶粘剂的发展。

功能表面

微观的表面纹理和化学性质灌输的功能的惊人阵列生物材料。荷叶有蜡质微小颠簸,使水滚下并带走灰尘和颗粒。这种“荷叶效应”的启发自清洁涂料StoCoat Lotusan材料,如猪笼草的表面层,芯吸水成微观隆起,产生超光滑的表面。这些概念的启发防污表面,如滑的液体注入的多孔表面(SLIPS)和间接蒸发冷却superwicking表面。同样,鲨鳍鲨鱼模仿击退细菌的尺度。

“生长”的材料

生长能力是生物体的一种属性,它能产生极其复杂和功能性的材料。当给予适当的支架和营养物质时,细胞复制和自我组装成垫子、薄膜和各种其他形式。利用“生物制造”或生物学作为生产手段,实验室能够用相对较少的能量生产出有价值的材料。诸如包装泡沫、砖块、肉类和皮革等材料都是使用细菌(生物材料)“种植”的,真菌(Ecovative)和动物组织培养物(现代草甸)。

现有产品

StoCoat Lotusan

下雨的时候,荷叶在微细和纳米级的表面结构和重力的帮助下,会有水滴、污垢和其他颗粒脱落。这种“莲花效应”是由叶子表面多尺度的蜡状凸起造成的,它会使水聚集并滚落。

申通公司,建材的乔治亚州生产,复制在StoCoat Lotusan自洁漆这种效果。所述丙烯颜料具有与荷叶相似的微纹理;它也会散发水和灰尘,留下一个干燥、干净的表面,藻类和真菌很难在上面定居。不像外部油漆会随着时间的推移而变得肮脏,Lotusan的自清洁性能使它成为一种低维护,持久的外部应用涂料

Sharklet

从海上运输到医疗保健和食品服务,生物污染和抗生素耐药性是许多部门关注的主要问题。好用的买球外围app网站总部位于科罗拉多州的生物技术公司Sharklet Technologies生产了一种名为“Sharkle”的微地形工程,其灵感来自鲨鱼皮肤,可以在不使用杀菌剂的情况下减少细菌的生长。和鲨鱼皮一样,鲨鱼皮表面也有一种微小的钻石图案,可以防止细菌生长高达90%,而不会产生抗药性细菌。

产生鲨鳍超过销售额$ 1百万在2012年和共同发展家具,医疗设备和消费产品与LG国际,库克医疗,Steelcase公司和其他公司。鲨鳍也在开发导尿管减少导管相关性细菌感染,占超过5.65亿,在美国的医疗费用每年$的可能性。

蘑菇材料

Ecovative,一个总部位于纽约的材料科学公司,结合真菌菌丝体 - 真菌的营养部分 - 和农副产品生产环保型材料的蘑菇。这些可堆肥材料替代发泡塑料等石油衍生的合成油。

的制造过程开始于将农业废物和菌丝培养在模具中。由于菌丝体生长,它结合废纤维进入填充模具中的固体物质。质量然后进行热处理,从而停止生长过程中,创造了物质准备使用。在性能和成本与竞争技术相媲美,蘑菇的材料被用作包装材料和结构材料和对环境负责的替代实木。蘑菇材料是一个从摇篮到摇篮金牌认证的产品。

产品开发

Mussel-inspired胶粘剂

蓝贻贝(贝壳类)生产可生物降解的,防水粘合剂附接到几乎任何表面上,甚至特氟隆。大多数制造粘合剂不为通用的,含有例如甲醛有毒化合物。通过鳖的竞争分析服务的帮助下,研究人员在化学公司SyntheZyme正在开发由贻贝启发耐水粘合。是将粘合剂与化学“粘性”末端制成的蛋白质的交联该生物聚合物为强矩阵,化学类似于贻贝粘附。

它还使用生物催化剂来实现低能合成。该聚合物可再生、无毒、可生物降解。到2020年,全球粘合剂和密封胶市场预计将达到430亿美元,随着对无毒粘合剂需求的增加,该产品可能会对市场产生巨大的影响贻贝粘接剂已经激发了PureBond的灵感,PureBond是一种商业上成功的胶水,用于木板制造

Superwicking材料

传统的蒸汽压缩空调能量消耗了大量的,并依靠释放时对环境破坏性的制冷剂。龟劝春雷郭敬明的团队在罗切斯特为他们的仿生superwicking材料技术市场需求的大学,在确保资金来开发高效节能间接蒸发冷却材料协助他们。在植物的叶子芦莉草属devosiana海芋odora具有微观的表面结构,可以锁住水分子,使水滴在表面扩散。

研究小组模仿这种超级灯芯的特性,制造出了具有纳米和微尺度特性的灯芯材料大量的水,甚至高达垂直的表面。这样的材料将增加冷却装置的蒸发效率,不像在常规的蒸发冷却器中使用的多孔材料,它们抵抗生物结垢。该研究小组预测,消耗同此凉新的空调建筑能源减少5倍。

Biocement砖

由于高耗能的烧制过程,粘土砖约占全球人类活动产生的二氧化碳的1.2%2排放。北卡罗莱纳州的生物技术启动bioMASON已经推出Biocement正在“长大”用细菌砖。在模具中砂,细菌,水,营养物和氮和钙源组合在一起,bioMASON创建在强度传统砖比较的砖块。原因碳酸钙细菌沉积物颗粒之间沉淀,有效地一起固井混合物成硬化砖。

这一过程使用当地的材料在环境温度下发生,并且可以发生在现场,大大减少碳排放和砖的具体化的能量。为了推动这一技术,bioMASON收到来自美国国家科学基金会的SBIR I期资助,并与生物制造培训和教育中心在北卡罗莱纳州立大学合作,以超前的技术

变形的玻璃

虽然主要由白垩,珍珠层的贝壳中发现具有惊人的抗断裂性。麦吉尔大学的研究人员认为,珍珠母欠其独特的性能脆方解石板之间的微裂纹填充有粘性聚合物的网络。平移这种想法,该球队激光雕刻在玻璃显微裂纹的3D阵列,并用聚氨酯填充它们。微裂纹抑制从通过偏转和分散应力,使该改性的玻璃比标准更严厉的玻璃200倍形成较大的裂缝。

研究人员认为,聚氨酯填充差别不大;简单地雕刻微裂纹可能足以增韧脆性材料,这可能意味着致癌聚氨酯可在将来避免刻花玻璃变形而不会破碎,使其成为理想的窗户,电子和玻璃器皿。该小组还认为,同样的策略可以应用于从脆性遭受其他材料,如陶瓷

现代草地

畜牧业生产在2006年占全球温室气体排放量至少18%。它还要求世界耕地的33%和世界的水的8%。使用新型的组织工程技术,现代草甸是生产实验室生长的食物和材料,使产品类似 - 和好于 - 那些从动物中产生。而不是使用资源来提升和屠宰的,这个过程需要细胞的培养从动物,并提示细胞成长为类似皮肤和肌肉组织。与目前的畜牧业生产相比,这一过程可以减少99%的耕地、96%的水和45%的能源的使用,同时减少96%的温室气体排放。

在生产过程中也避免了大量使用抗生素,并与当前畜牧业有关的伦理困境。现代草甸成功制作了皮革的样品中的各种颜色和厚度。该公司目前专注于皮革生产,皮革设想是通过形状,质地和透气定制。

滑倒

灵感来自于猪笼草猪笼草,研究人员在生物的哈佛大学的威斯研究所启发工程开发的非常光滑的表面排斥大多数液体和生物膜。投手形片的光滑通过盛水微观表面波纹引起的,形成薄膜。研究人员采用了这一想法,创造了一种微结构多孔材料,其中含有一种特殊配方的液体润滑剂。它的表面很滑,甚至原油和液体沥青都从上面滚了下来。与工程疏水表面不同的是,这种表面可以“自愈”,因为当划痕出现时,润滑剂会填补这些划痕。

多孔介质可以施加到许多表面上。SLIPS有许多潜在的应用,如防污,防冰,化学和流体处理,防腐蚀和防治病虫害。SLIPS技术公司成立于2014年进一步发展由研究人员同时在威斯研究所探索了许多商业应用。

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