Biomimetic Structural Materials: Inspiration from Design and Assembly

材料科学 仿生学 制作 复合数 复合材料 韧性 纳米技术 图层(电子) 结构材料 铸造 逐层 仿生材料 医学 病理 替代医学
作者
Nicholas A. Yaraghi,David Kisailus
出处
期刊:Annual Review of Physical Chemistry [Annual Reviews]
卷期号:69 (1): 23-57 被引量:119
标识
DOI:10.1146/annurev-physchem-040215-112621
摘要

Nature assembles weak organic and inorganic constituents into sophisticated hierarchical structures, forming structural composites that demonstrate impressive combinations of strength and toughness. Two such composites are the nacre structure forming the inner layer of many mollusk shells, whose brick-and-mortar architecture has been the gold standard for biomimetic composites, and the cuticle forming the arthropod exoskeleton, whose helicoidal fiber-reinforced architecture has only recently attracted interest for structural biomimetics. In this review, we detail recent biomimetic efforts for the fabrication of strong and tough composite materials possessing the brick-and-mortar and helicoidal architectures. Techniques discussed for the fabrication of nacre- and cuticle-mimetic structures include freeze casting, layer-by-layer deposition, spray deposition, magnetically assisted slip casting, fiber-reinforced composite processing, additive manufacturing, and cholesteric self-assembly. Advantages and limitations to these processes are discussed, as well as the future outlook on the biomimetic landscape for structural composite materials.
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