胚胎型仿生自修复技术 9787118090536 国防工业出版社 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：29570060389

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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智慧材料的未来：仿生自修复技术的前沿探索 在科学技术日新月异的今天，材料科学正以前所未有的速度发展，其中，仿生自修复技术以其革新性的潜力，成为研究者们关注的焦点。这种技术模拟自然界中生物体受伤后能够自我修复的机制，致力于开发能够自主检测损伤并进行修复的智能材料。本书将深入探讨这一前沿领域，勾勒出仿生自修复技术的理论基础、实现途径、关键技术以及广阔的应用前景，为读者呈现一个充满无限可能的未来材料图景。 第一章：仿生自修复的自然启示 自然界是仿生技术的无尽宝库。从皮肤的愈合到骨骼的再生，生物体的自修复能力令人惊叹。本章将首先追溯生物自修复的起源，分析各种生物体在不同损伤程度下所展现出的精妙修复策略，例如： 微观层面的机制： 深入剖析细胞层面的损伤识别、信号传递、细胞增殖与迁移，以及分子水平的生物大分子（如蛋白质、DNA）的修复和替换过程。我们将探讨不同生物种群在细胞和分子层面的修复差异性，以及它们如何协同作用以实现高效修复。 宏观层面的策略： 研究多细胞生物如何通过组织再生、伤口闭合、甚至器官修复来应对创伤。例如，皮肤的伤口愈合机制，包括炎症反应、肉芽组织形成、上皮化等一系列复杂但有序的过程。骨折后的愈合过程，包括血肿形成、软骨愈合、骨性愈合等，同样展现了自然界的智慧。 仿生设计的灵感来源： 从生物体的自修复机制中提取关键的设计原理，例如“损伤识别”单元、“修复单元”的激活与输运，“修复物质”的产生与填充等。我们将分析不同生物修复模式（如再生、代偿、疤痕愈合）的优劣，并思考如何将其转化为工程材料的设计思路。 进化视角下的自修复： 探讨自修复能力在生物进化中的重要性，以及为何这种能力在生物体中如此普遍且高效。理解这一深层原因有助于我们更好地把握仿生自修复技术的本质。 第二章：仿生自修复材料的分类与实现原理 仿生自修复材料并非单一技术，而是涵盖多种实现路径。本章将对当前主要的仿生自修复材料进行系统性的分类，并详细阐述其核心的修复原理。 基于微胶囊/微囊技术的自修复： 原理： 将修复剂（如树脂、固化剂）封装在微米级别的胶囊中，当材料发生裂纹时，微胶囊破裂，释放出修复剂，与基体材料或另一组分发生反应，填补裂纹。 关键技术： 微胶囊的制备方法（如界面聚合、乳液聚合）、微胶囊的尺寸与分布控制、修复剂的化学选择与相容性、微胶囊在基体中的分散与分布。 优点与挑战： 易于实现，修复效果显著，但修复剂用量受限，重复修复能力有限。 基于血管网络的自修复： 原理： 在材料内部构建微管道网络，模拟生物体的血管系统，将修复液预先储存在管道中。当材料受损时，裂纹与血管网络连通，修复液被动或主动地流出，填补裂纹。 关键技术： 血管网络的构建方法（如3D打印、模板法）、管道的尺寸与连通性设计、修复液的输送机制（毛细作用、压力驱动）、血管网络的长期稳定性。 优点与挑战： 具有潜在的多次修复能力，修复范围广，但制造工艺复杂，成本较高。 基于内在自修复机制的材料： 原理： 材料本身具备可逆的化学键或物理相互作用，在外部刺激（如热、光、电）或在室温下，受损区域的化学键能够重新形成，从而实现材料的自我修复。 关键技术： 可逆共价键（如 Diels-Alder 反应、硫化物交换）、超分子相互作用（如氢键、π-π 堆积）、动态共价化学、形状记忆聚合物等。 优点与挑战： 修复过程无需外部添加剂，可重复修复性强，但修复速度和强度可能受限，对外部条件要求较高。 基于相变与形状记忆效应的自修复： 原理： 利用材料在特定温度或压力下的相变以及形状记忆效应，促使受损部位恢复原状。例如，形状记忆聚合物在受损后，通过加热可以恢复其预设的形状，从而闭合裂纹。 关键技术： 形状记忆聚合物的设计与合成、相变材料的选择与集成、外部刺激的控制与应用。 优点与挑战： 修复过程直观，可实现宏观形变修复，但对外部刺激依赖性强。 第三章：关键技术与材料体系 本章将聚焦于实现仿生自修复技术所需的关键技术和材料体系，深入探讨当前的研究热点和挑战。 损伤识别与传感技术： 内部传感： 利用导电聚合物、纳米材料（如碳纳米管、石墨烯）等构建材料内部的导电网络，当裂纹产生导致导电网络断裂时，产生电信号，指示损伤位置。 外部传感： 集成光学传感器、压阻传感器等，能够感知材料表面的形变或化学变化。 生物启发式传感： 模仿生物体神经系统，构建分布式传感网络，实现对损伤的精确定位和早期预警。 修复剂的设计与输运： 修复剂的化学选择： 考虑修复剂的反应活性、固化时间、力学性能、环境友好性以及与基体材料的相容性。 修复剂的微观封装： 优化微胶囊的壁材、尺寸、壁厚，提高其力学强度和响应性。 修复液的粘度与流动性： 针对不同尺寸的裂纹，设计具有适宜粘度和流动性的修复液，确保其能有效渗透并填充裂纹。 多组分修复体系： 协同使用多种修复剂，实现更复杂的修复功能，如同时修复力学损伤和化学降解。 基体材料的设计与优化： 聚合物基体： 环氧树脂、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等，重点关注其力学性能、韧性以及与修复体系的相容性。 复合材料基体： 将自修复功能集成到纤维增强复合材料中，提高其整体性能和使用寿命。 金属与陶瓷基体： 探索在金属和陶瓷材料中实现自修复的可能性，例如利用金属的记忆效应或陶瓷的晶格缺陷修复。 外部刺激响应机制： 热响应： 利用加热促使可逆反应发生，或活化形状记忆材料。 光响应： 利用紫外光或可见光引发光聚合反应，实现修复。 电化学响应： 通过施加电场，促使离子迁移或电化学反应发生，实现修复。 第四章：仿生自修复技术的应用前景 仿生自修复技术作为一种颠覆性的材料创新，其应用前景广阔，有望在多个领域带来革命性的变化。 航空航天领域： 飞机结构件： 修复微裂纹，延长飞机疲劳寿命，提高飞行安全性，减少维护成本。 发动机部件： 抵抗高温、高压环境下的损伤，提高发动机可靠性。 太空探索器： 应对太空极端环境，实现自主修复，延长任务寿命。 汽车工业： 车身涂层： 自动修复刮痕，保持车辆美观，延长涂层使用寿命。 轮胎： 修复微小穿刺，提高轮胎安全性，减少爆胎风险。 发动机及传动系统： 提高关键部件的可靠性和耐久性。 土木工程与基础设施： 桥梁、隧道、建筑结构： 修复混凝土裂纹，防止结构劣化，延长基础设施使用寿命，减少维护成本。 管道系统： 自动修复管道泄漏，保障输送安全。 电子与能源领域： 柔性电子器件： 修复断裂的导线或裂纹，提高器件的可靠性和耐用性。 电池： 修复电池内部的微裂纹，提高电池的循环寿命和安全性。 太阳能电池板： 修复表面损伤，提高能量转化效率。 生物医学领域： 生物植入物： 制造能够与人体组织协同修复的植入材料，减少排异反应。 药物输送载体： 设计具有自修复功能的载体，精确控制药物释放。 人造器官： 探索实现人造器官的自我修复能力，提高其功能性和寿命。 消费品领域： 智能服装： 修复衣物的磨损和撕裂，延长使用寿命。 家具和家居用品： 提高产品的耐用性和美观性。 第五章：挑战与未来展望 尽管仿生自修复技术展现出巨大的潜力，但其实现和广泛应用仍面临诸多挑战。 性能的权衡： 如何在实现自修复功能的同时，保证材料的原始力学性能、热性能等。 成本与规模化生产： 许多先进的自修复技术制备工艺复杂，成本较高，如何实现低成本、大规模的生产。 环境适应性： 如何确保自修复材料在不同环境条件（温度、湿度、化学腐蚀等）下都能稳定工作。 修复效率与寿命： 如何提高修复的速度和修复后的材料性能，以及实现多次、长期的自修复。 标准化与评估体系： 建立完善的自修复材料的性能评估标准和测试方法。 展望未来，仿生自修复技术将朝着更智能、更高效、更通用的方向发展。通过多学科的交叉融合，例如人工智能、纳米技术、生物工程等，我们有望开发出更加先进的自修复材料，它们将如同生命体一样，能够感知、思考、并自主地实现修复，从而开启一个更加可持续、更加安全的材料时代。本书致力于为研究者、工程师以及所有对未来材料充满好奇的读者提供一个全面的视角，激发更多的创新与探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计真是充满了工业美感，封面那种硬朗的质感，配合上深沉的色调，让人一眼就能感受到它蕴含的科技深度。我特别喜欢它在排版上的用心，字体选择清晰有力，图表的绘制精良且逻辑性极强，即便是面对如此前沿且复杂的概念，阅读起来也不会感到吃力。作者在引言部分对整个领域的前景展望，描绘了一幅令人振奋的未来蓝图，那种对技术突破的强烈自信和对人类工程学边界拓展的渴望，隔着纸张都能扑面而来。书中对于基础理论的阐述，既没有过度陷入空泛的哲学思辨，也没有沦为枯燥的公式堆砌，而是巧妙地结合了工程实例，比如在材料学与生物学交叉点上的论述，让人感觉这些高深的理论是切实可行的，是能够被工程实践所支撑的。尤其是对早期概念验证阶段的描述，那种科研人员在实验室里反复试验、不断修正的真实状态被刻画得淋漓尽致，极大地增强了阅读的代入感，仿佛自己也参与到了这场伟大的探索之中。这本书绝非是那种浅尝辄止的科普读物，它要求读者具备一定的专业背景，但同时，它也为有志于此的后来者搭建了一座坚实的知识阶梯。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的结构安排印象非常深刻，它像是一部精心编排的交响乐，从宏大的背景铺陈到微观机制的深入剖析，层层递进，逻辑严密得令人称奇。开篇对于仿生学历史脉络的回顾，并非是简单的文献综述，而是带着批判性的眼光，指出了传统仿生技术在应对动态、复杂环境时的局限性，这为后续引入“自修复”这一核心概念做了极有力的铺垫。随后，作者深入探讨了能源与信息在仿生系统中的集成传输问题，这部分内容显示了作者在系统工程学上的深厚功底。书中穿插的若干案例分析，比如对特定生物修复机制的逆向工程过程描述，详尽得让人惊叹，从分子级别的识别到宏观尺度的结构重建，每一步骤的理论依据和实验数据都展示得井井有条。我尤其欣赏作者在讨论新技术伦理和社会影响时的审慎态度，这使得整本书的立意拔高了一层，不再仅仅是技术手册，更是一部关于未来工程责任的探讨。阅读过程中，我多次停下来思考，这些看似科幻的设想，如何才能在真实的工程约束下落地生根，这本书提供了一张非常详尽的“路线图”，充满了建设性的指引。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格是那种典型的学院派的严谨，但又不失学者的风范与激情。它没有使用过多晦涩的行话来炫耀知识，而是致力于将复杂的物理和化学过程用最精确的语言清晰地表达出来。我个人特别关注其中关于智能材料响应机制的部分，作者对于“环境感知-决策制定-执行修复”这一闭环的数学建模和算法设计部分，处理得极为透彻。他不仅仅是罗列了已有的模型，更是在探讨模型自身的局限性以及如何通过结合机器学习方法来优化实时修复效率。这种前瞻性的视角让人感到振奋，仿佛看到了一个全新的计算范式正在形成。书中对材料耐久性、服役寿命评估的方法论介绍，也极大地拓宽了我对传统可靠性工程的理解。它不再是静态的评估，而是转变为一种动态的、伴随系统生命周期的持续优化过程。每当遇到特别精彩的论述时，我都会习惯性地在旁边做批注，但很快发现，这本书的留白很少，因为作者几乎把需要解释的细节都考虑进去了，这对我来说既是挑战也是一种莫大的享受，迫使我必须全神贯注地跟随作者的思维轨迹。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期关注材料科学和先进制造领域的读者，我必须说，这本书在对“系统集成”的理解上达到了一个新的高度。它没有将仿生自修复仅仅视为单一材料属性的提升，而是将其视为一个多尺度、多功能的复杂生命体工程。书中关于“功能梯度材料”在自修复结构中的应用探讨，展现了一种超越传统分层设计的智慧，即材料的内在属性可以随着其所承受的应力分布而自然变化，实现最优的性能分布。我特别喜欢其中关于柔性电子设备在循环形变下如何维持电子连接稳定性的章节，作者引入了非欧几何的概念来描述材料在大幅度拉伸或扭曲时的应力分布，这种跨学科的融合令人耳目一新。此外，书中对“最小化冗余”的设计哲学也进行了深入阐述，强调真正的仿生系统应当是高效、低能耗且高度自洽的，这与当前追求绿色制造和可持续发展的时代主题高度契合。这本书不仅仅是描述了“如何做”，更深入地探讨了“为什么这样设计才是最好的”，这种对底层逻辑的深挖，是区分优秀专业书籍和一般参考书的关键所在。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，更像是一次与行业内顶尖专家的深度对话。作者的叙述风格中流露出的那种对技术细节的近乎偏执的关注，使得全书的论据都建立在坚实的数据和严谨的实验结果之上。在关于修复剂载体设计的部分，作者详细对比了微胶囊、血管网络以及多孔骨架三种主流封装和释放策略的优缺点，并给出了详细的评价指标体系，这对于任何计划开展相关研发工作的团队来说，都是一份极其宝贵的“避坑指南”。我个人对书中关于“生物活性界面”的讨论特别感兴趣，它探讨了如何通过精确控制化学信号，诱导修复反应的特异性和时序性，避免了传统化学修复中常见的非目标区域反应。这种对“精准控制”的追求，是实现真正高可靠性自修复系统的核心所在。整本书在提供解决方案的同时，也清晰地标示出了当前技术面临的瓶颈，比如长效储存稳定性、环境适应性阈值等，这让读者在感到技术潜力无限的同时，也能保持清醒的认识，明确了未来研究的方向。这本书的价值在于，它既是当前技术的集大成者，也是未来十年科研的指路明灯。