仿生材料在环境保护中的应用现状与前景

仿生材料在环境保护中的应用现状与前景（8篇）

1.仿生材料在环境保护中的应用现状与前景 篇一

仿生智能材料在生活中的应用设想

学

院：生命科学学院 班

级：1班

年级专业：11级生物科学 学

号：1109010318 姓

名：吴小华

电

话：*** 序

号：

材料是人类一切生产和生活水平提高的物质基础, 是人类进步的里程碑。随着科技的发展, 特别是20世纪80年代以来,现代航天、航空、电子、机械等高技术领域取得了飞速的发展, 人们对所使用的材料提出了越来越高的要求, 传统的结构材料或功能材料已不能满足这些技术的要求, 材料科学的发展由传统单一的仅具有承载能力的结构材料或功能材料, 向多功能化、智能化的结构材料发展。20世纪80年代末期, 受到自然界生物具备的某些能力的启发, 美国和日本科学家首先将智能概念引入材料和结构领域, 提出了智能材料结构的新概念。智能材料是指具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。

1.仿生智能材料

1.1智能材料的仿生特点

从生物学角度看，人类能够对外界做出主动性反应是因为人体具有收集、分析外界信息并做出适当反应的能力。收集信息需要“神经元”（如触觉神经、视觉神经等），分析信息需要“大脑”，对信息做出适当反应需要“肌肉”；“神经元”、“大脑”及“肌肉”相互之间的信息传递则需要“神经网络”。因此，与人类相类似，具有仿生功能的智能材料和由它所构成的系统应具备以下四个要素：

（1）含有附着的、埋入的或内在的传感器，它是智能材料的“神经元”，用以感知外界变化并收集外界信息。

（2）含有中央处理器，它是智能材料和结构的“大脑”，用它对传感器所收集到的外界信息进行分析、处理并发出适当的、适时的动作指令。

（3）有附着的、埋入的或内在的执行器，它是智能材料的“肌肉”，其作用是根据中央处理器发出的反应指令进行相应的动作，因而也称之为动作器。

（4）拥有通信网络，它是智能材料和结构的“神经网络”，担负着传感器、执行器与中央处理器相互间的信息传输任务。此外，智能材料和结构还应具有与人的骨架功能相类似的先进复合材料，用以支承、连接这些硬件系统和受控结构。由此可以看出，智能材料是一种用来描述自身含有传感器、执行器、中央处理器及通信网络的仿生材料。它具有与生物体相类似的自适应功能，能够对周围外界环境的变化作出适时、灵敏和恰当的反应。1.2智能材料的特征

因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：

（1）传感功能（Sensor）能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。

（2）反馈功能（Feedback）可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。

（3）信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。

（4）响应功能能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。

（5）自诊断能力（Self-diagnosis）能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。

（6）自修复能力（Self-recovery）能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。

（7）自调节能力（Self-adjusting）对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。

2.仿生智能材料的应用设想

2.1 在医疗方面

智能材料和结构可用来制造无需马达控制并有触觉响应的假肢。这些假肢可模仿人体肌肉的平滑运动，利用其可控的形状回复作用力，灵巧地抓起易碎物体，如盛满水的纸杯等。药物自动投放系统也是智能材料一显身手的领地。日本推出了一种能根据血液中的葡萄糖浓度而扩张和收缩的聚合物。葡萄糖浓度低时，聚合物条带会缩成小球，葡萄糖浓度高时，小球会伸展成带。借助于这一特性，这种聚合物可制成人造胰细胞。将用这种聚合物包封的胰岛素小球，注入糖尿病患者的血液中，小球就可以模拟胰细胞工作。血液中的血糖浓度高时，小球释放出胰岛素，血糖浓度低时，胰岛素被密封。这样，病人血糖浓度就会始终保持在正常的水平上。2.2军事方面 在航空航天器蒙皮中植入能探测激光、核辐射等多种传感器的智能蒙皮，可用于对敌方威胁进行监视和预警。美国正在为未来的弹道导弹监视和预警卫星研究在复合材料蒙皮中植入核爆光纤传感器、X 射线光纤探测器等多种智能蒙皮。这种智能蒙皮将安装在天基防御系统平台表面，对敌方威胁进行实时监视和预警，提高武器平台抵御破坏的能力。智能材料还能降低军用系统噪声。美国军方发明出一种可涂在潜艇上的智能材料，它可使潜艇噪声降低60 分贝，并使潜艇探测目标的时间缩短100倍。2.3智能皮肤

研制出触觉灵敏、能够自我修复、自我愈合的“智能皮肤”是人类梦寐以求的愿望，如今这一理想正在变为现实。用光纤材料或高分子材料制成能像人的手那样可以“感觉”和“动作”的传感器与执行器；运用电子技术和计算机技术制造出能够像人的大脑那样可以分析判断、逻辑推理及综合理解的微型数据信息处理系统；将这些传感器、执行器及控制系统埋入到结构材料之中就形成了一种具有类似人皮肤那样功能的复合智能材料结构。这种“智能皮肤”不仅可以用来制成飞机的机翼和机身的蒙皮，以防止鸟撞飞机等意外事故的发生；而且，它还可以用在潜艇上，吸收来自声纳的反射波，使其摆脱敌方声纳系统的监控，成为一个真正的“秘密”武器。2.4智能生活用品

在日常生活方面，智能材料结构也具有广阔的应用前景。在不久的将来，家庭中由智能材料结构制成的物品到处可见：坐椅可根据人的体型调整其形状和温度，使人能更好地解除疲劳；餐桌可使用磁感应来保持食品的温度；墙壁上的智能装饰材料能够改变颜色和纹路，使人们免受洗衣机、吸尘器、抽油烟机等家电带来的噪声之苦；由电致变色智能材料制成的“智能灵巧窗”可以随气候的变化和人们的活动而自适应地调节热流和采光。此外，用在高级轿车挡风玻璃上的智能雨刷可自动感觉雨量的大小并将其调节到最佳的运动速度。“随身听”是当代青年人所喜欢的娱乐用品之一。它上面的磁头定位器是由智能材料———压电陶瓷晶片制成的。这种压电陶瓷定位器可以控制磁带始终垂直地贴紧磁头，精确地沿着磁道轨迹运动，使我们能够听到悦耳动听的音乐。

3.结束语

仿生智能材料现已成为材料科学中的重要研究课题，各国科学家正为此不懈地努力，相信终有一天会出现各种实用的仿生智能材料。

附：参考文献：

[1] 张文毓.仿生智能材料研究进展[J].船舶物资与市场.2010(06)[2] 张青,戴起勋,赵玉涛,程晓农.仿生材料设计与制备的研究进展[J].江苏大学学报(自然科学版).2003(06)

[3] 谢建宏,张为公,梁大开.智能材料结构的研究现状及未来发展[J].材料导报.2006(11)

2.仿生材料在环境保护中的应用现状与前景 篇二

1 纳米技术在造纸工业中的应用与发展前景

1.1 纳米技术在制浆中的应用

以现阶段的技术水平,对于绝大多数的树种都可以将其加工到微米级别,此时木材细胞的胞管已经全部破开,胞管内的粘性液体可以容易地流出。机械制浆后可以不必再用化学方法提取胞管内的有害液体,机械浆高得率的优点就可以得到完全实现;另外可以不必再用化学方法分离纤维,从而减少由于化学分离造成的污染和能源、水的浪费。如果将木材加工到纳米级,木材原来的细胞结构被破坏,纤维组织结构发生变化,纤维素、半纤维素和木素可在加工过程中用机械方法分离,这样就可以大大提高木素利用率,提高制浆得率,提高制浆造纸工业对环境的友好性[2]。

1.2 光催化纸浆漂白新技术

将纳米光催化技术和均相光化学氧化技术相结合应用到纸浆漂白中,可望代替氯漂和其他漂白技术。纳米光催化和均相光化学氧化技术是目前国际上前沿的高新环境技术,是国际研究开发的热点,我国在该领域的研究与开发处于国际前列,特别是对太阳光及可见光利用、光催化剂制备及光化学反应机理研究方面都取得了突破性进展。TiO2在紫外光照射下产生自由电子-空穴对,它们使空气中的氧活化,产生活性氧和自由基,活性氧和OH自由基具有很高的反应活性[3],当吸附在木素等有色物质表面时,就会与自由电子或空穴结合,发生氧化还原反应,从而达到漂白纸浆目的,并有杀菌、防腐浆的作用。

1.3 聚合物-纳米级微粒助留助滤技术

聚合物微粒助留技术是近年来发展最快的一种助留技术,目前的应用技术是利用一种阳离子聚合物首先吸附在填料、纤维、细小纤维的表面发生絮凝,再在高剪切力的作用下,破碎成小的絮团,然后利用改性膨润土或胶体硅的负电荷作用重新絮凝在一起。目前阴离子胶体硅、阳离子聚合物助留技术已发展到第5代[4],高聚合胶体硅粒径已可小到2~3nm,比表面积为900m2/g.。是典型的纳米级聚合硅;膨润土本身在一维结构上属于纳米结构,若能利用膨润土钠离子的交换性能,将一部分阳离子单体先插入到片层之间,再进行聚合制成纳米悬浮微粒助留剂,具有同样的助留效果,使用会更加方便。还可以利用纳米粒子的表面效应制成纳米复合阳离子颗粒助留剂,在填料、纤维等表面会有更好的吸附和絮凝效果。胡健等[5]的研究表明,纳米助留剂只要将稀释条件控制好,其在纸浆中易分散、稳定性好、溶液均匀,可以更有效地利用纤维和其他原料,大大提高造纸过程的留着率、滤水和干强度,有助于降低生产成本。

1.4 纳米级涂布乳液涂料的开发

目前,我国能用于改性涂料并已产业化的纳米材料有纳米TiO2、纳米SiOx、纳米CaCO3、纳米ZnO、纳米铁粉以及纳米氧化铁等。利用纳米TiO2、纳米SiOx、纳米CaCO3的结构特点,将这些层状、纳米级填料与乙烯基各种功能性单体进行悬浮乳液聚合制成纳米级悬浮乳液,可进行纸张的表面轻量涂布、用于纸张表面增强等用途,将会有更突出的表面性能如吸墨性、耐湿搽性、高光泽性、自洁性等特点,国内肖仙英等[6]进行了纳米碳酸钙用于造纸涂布涂料的探索,发现在同样胶乳、分散剂用量情况下,在普通涂料中加入少量纳米碳酸钙可以提高涂层强度、平滑度、吸墨性等性能,但纳米粒子分散是关键。

纳米级轻质CaCO3由于价格低廉、粒度细、在涂料中可以均匀分布而广泛采用[7]。由于纳米CaCO3粒子能够赋予涂料优良的切力变稀性能,大大提高了涂料的附着力等性能。马毅璇等[8,9]把纳米CaCO3应用于造纸涂料中,得到了很好的效果,可以提高涂层强度和平滑度,改善涂层的油墨吸收性。

纳米CaCO3可使紫外光固化涂料的硬度、耐刮擦性能得到提高。纳米硅基化合物(MN1P)有很好的紫外屏蔽作用(对紫外长波UVA(320~400nm)反射率达88%,对紫外中波UVB(280~320nm)反射率为85%,对短波UV (200~280nm)反射率仍在70%~80%),稳定性好,不变色,也不与涂料配方中的其他成分起化学反应。王宝等[10]利用MN1P作为造纸涂料的颜料,使纸张的白度、平滑度、光泽度和表面强度提高;纸张的油墨吸收性、表面吸收重量和颜色变化得到降低。

1.5 纳米级微粒增强剂的开发

部分纳米材料可以改变纸张增强剂的空间结构。曾有人利用电镜做过如下试验:对单一的丙烯酸树脂和利用一定量的纳米氧化物处理后的丙烯酸树脂进行观察,发现单一的丙烯酸树脂乳液中,丙烯酸树脂颗粒呈现杂乱无章状态,而利用一定量的纳米氧化物处理后的丙酸树脂乳液中,丙烯酸树脂颗粒井然有序,呈现出线型网状结构状态,同时物理性能得到较大改变。无机纳米粒子会产生增强、增韧作用。利用纳米材料提高塑料强度和改变黏度的研究成果,可对造纸增强剂和涂布纸涂料进行改造,大大提高涂布纸涂层的机械强度和韧性。

纳米填料表面具有很强的吸附性能,利用它对造纸填料进行表面改性处理,使原来疏水的颗粒表面变为具有活性基团的表面,加入到纸浆中,可达到与纤维的高强度结合,达到增强的作用。唐宏科等[11]利用阳离子聚合物对微米级碳酸钙进行改性研究,进行纸张增强试验,当改性后填料加至40%时,其纸张的强度仍保持原来水平。马毅璇等[8]研究了在纸张中加入纳米级CaCO3和纳米级ZnO2对纸张抗老化性能的影响,发现纳米级CaCO3在纸张中的加入能大大提高纸张的热老化性能,具有吸收紫外线的能力和较好的隔热性能,在纸张中加入纳米级ZnO2后纸张的抗自然老化性能更好。

1.6 抗菌、防臭生活用纸的研制

用于高分子材料的抗菌剂主要有两大类:即有机类和无机类。抗菌剂本身的抗菌机理取决于它们的结构,有机类抗菌剂一般是通过带有正电荷的活性成分基团与细菌表面细胞的负电荷相吸引,以物理方式破坏细菌的细胞膜,使细菌死亡.但多数有机类抗菌剂不耐高温。无机类抗菌剂(包括有机金属抗菌剂)的抗菌作用,是以从纤维中徐徐溶出的微量金属离子向抗菌细胞内扩散,与细胞内巯基结合,引起细菌代谢障碍而死亡。在水和空气的体系中,纳米TiO2和ZnO在阳光尤其是紫外线的照射下能够自行分解出自由移动的、带负电荷的电子和带正电荷的空穴,对细菌产生杀灭作用。利用这一特点可以研制对人体无害、具有优良吸附性能的生活用纸。纳米银离子具有抗菌作用,纳米CF3一硅氧烷、含氟表面活性剂、纳米氧化钛具有自清洁等特性。我们可以通过“嫁接”技术或通过表面技术使其均匀分散于涂布助剂中,使这些粒子均匀分散并牢固地固定在造纸纤维之间,同时对其进行保护。以达到具有长久抗菌、自清洁、吸附异味功能等特点,并对人体无伤害。然后采用分子设计理论,制备出层状化合物,再通过离子交换工艺将银离子固定于层状之间,形成纳米层状无机/有机纳米复合抗菌、吸菌、防臭功能一体化结构抗菌材料。据造纸信息、湖南造纸报道,中国纺织大学戴承渠教授利用30nm 的超微硅酸盐颗粒与纤维混合制得具有强大杀菌功能生活用纸。

1.7 多功能加工纸的研制

纳米技术研究的不断深入,提出了异质协同理论。异质协同的含义是2种或2种以上不同物质界面组合产生的奇异效果,该界面组合处于微观和宏观之间。例如,半导体领域中的PN结,材料领域中的不锈钢、超硬钢等。根据这一理论,科学家们已经研究出了超双亲和超双疏纳米材料,具有吸收远红外、紫外、自洁净功能等[3,12,13]。应用于农膜和纺织工业;研究出了在同一界面上的氧化还原极板,用于大肠杆菌的自动杀灭。

纳米TiO2、ZnO、MgO、A12O3、纳米氧化铁、纳米云母等,由于粒径细化,微粒尺寸与光波波长相当,在更宽的紫外范围有强的吸收和反射作用:例如向蒸馏水中分散0.1%的纳米TiO2对紫外线的吸收可达到接近100%。利用这些特性制备具有阻隔紫外功能的纸张和纸制品,一般有机紫外线遮蔽剂虽有一定遮蔽效果,但一经长时间紫外线照射就会分解,引起防紫外线性能的下降。目前发展的纳米无机紫外线屏蔽剂,具有反射和吸收的双重能,性能稳定,安全有效;特别是超微细化氧化锌粒子耐热性好,并具有抗菌、抗霉和消除异味的功能,是理想的紫外线遮蔽剂。以TiO2为代表的部分纳米材料不仅具有阻隔紫外功能,而且还具有耐紫外线功能。试验表明:利用—定量的纳米材料处理色浆,可以使色浆的耐紫外线功能大大提高,达到在750h紫外线照射下色度变化小于l级水平,可解决色纸的耐变色性问题。

将纳米TiO2、Cr2O3、ZnO、Fe2O3或SnO2等粉体以0.1%~0.3% 的量掺入浆中, 制作的特种纸即具有优良的耐磨、抗水、耐腐蚀作用和良好的静电屏蔽作用, 大大降低静电效应, 从而大幅提高了包装产品的安全系数[14]。

现代造纸还可用无机矿物纤维代替植物纤维来生产特种纸张。矿物纤维如云母纤维、玻璃纤维、硅酸盐纤维、石棉纤维等,具有植物纤维无法比拟的良好的尺寸稳定性、耐热性、抗化学性、阻燃性和电绝缘性等优点。但矿物纤维大多脆硬,经不起打浆,纤维之间无法粘结,成纸困难,一般要加入部分植物纤维配抄,且抄成的纸页脆弱。如果把矿物纤维的直径控制在100nm以下,就可以解决因其伸缩性小,柔软性差而导致成纸困难的现象,有利于纤维的互相交织成形,从而抄出强度良好的纸张[15]。

1.8 纳米技术在处理造纸废水中的应用

制浆造纸废水的处理一直是人们头疼的问题,纳米技术的出现可能会给制浆造纸废水处理带来新的希望。造纸废水中的悬浮物混合后一般为3000g/L升以上,并含有成分复杂的高浓度有机污染物木素、树脂等。除去悬浮物并尽可能多地在预处理中去除污水中有机成分是造纸废水处理中的一个关键技术难题,也是保证生化处理及后处理高效正常运转的重要因素。目前国内造纸工业中常用铝盐和铁盐作絮凝剂,有机高分子絮凝剂,处理效果差,用量大,成本高。利用废铁合成的纳米聚硫酸铁絮凝剂及纳米复合絮凝剂、有机高分子絮凝剂配合应用到造纸废水的絮凝处理中,不但处理效率高,用量小,成本低,而且无二次污染,水固分离快等优点。

纳米过滤技术是一种新的膜分离技术,它介于超滤和反渗透之间,并综合了两者的优点,只需很低的压力下操作,美国亚利桑纳大学的研究人员采用纳米过滤工艺,成功地处理了科罗拉多河水和污水处理厂的出水[16]。

利用纳米光催化技术进行造纸污水处理,造纸污水量大,成分复杂,浓度高。目前通过絮凝-生化处理后,色度、COD、BOD、氨和氮等指标很难达到国家排放标准。将纳米光催化技术和均相光化学氧化技术相结合应用到造纸工业污水处理中,与已有絮凝-生化技术结合,作为后处理技术,可望为我国造纸废水处理提供新的综合技术。目前利用半导体光催化降解染料的研究已有许多报道。国内游道新等报道选择适当的试验条件,对多种染料的去除率达95%。berry等[17] 利用环氧树脂将TiO2粉末粘附于木屑上,方佑龄用硅联剂将纳米TiO2粉末连在硅铝空心球上,制备了漂浮于水面上的光催化剂。他们还用浸涂-热处理的方法在空心玻璃球载体上制成漂浮型TiO2薄膜光催化剂,可控制负载量和晶型,是一种能降解油类和有机物的高效光催化剂。此技术的意义在于利用太阳能处理污水。目前,已经有人在实验室利用光催化技术处理低浓度农药废水及染料废水,并取得了很好的效果[16]。山东轻工业学院的汪媛媛、周国伟等以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为原料,通过溶胶—凝胶法合成了纳米级的TiO2/SiO2 光催化剂,确定了催化降解造纸蒸煮黑液的最佳工艺条件[18]。

2 结 语

3.木质素在防渗材料中的应用前景 篇三

关键词：木质素；防渗材料；应用前景

1.概述

中国是人口大国，每天都会产生大量生活垃圾及工业垃圾。卫生填埋是我国目前处理固体废弃物的主要方式之一。卫生填埋法是利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气体对水体、大气和土壤的污染，使整个填埋作业及废物稳定过程对公共卫生安全及环境均无危害的一种土地处置废物方法。

垃圾填埋时会产生大量垃圾渗滤液及填埋气体。垃圾渗滤液总有机碳浓度很高，如果对垃圾渗滤液不作处理使其直接进入环境，将会严重污染地下水及土壤；垃圾堆放时产生的恶臭气体严重影响场地周边的空气质量。故而垃圾填埋场防渗是现代填埋场区别于简易填埋场和堆放场的重要标志之一。

提高垃圾填埋防渗技术，加强对防渗材料的研究具有重要的现实意义。就目前而言，我国在这方面的技术落后于许多国家，更需要加强对垃圾填埋防渗技术的不断地研究和探索。本文对现有的垃圾填埋场防渗材料作一些简要介绍，并且对木质素在防渗材料中的应用前景作一些说明。

2.现有防渗材料的分类及要求

现有垃圾填埋场防渗材料可以分为三类：天然防渗材料、人工合成防渗材料及复合防渗材料。大量资料表面，绝大多数国家和地区对填埋场衬里材料的防渗性能要求基本一致。我国批准颁布的《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ 17-2004）中规定，天然黏土类防渗衬里，其场底及四壁衬里厚度要大于2m，渗透系数小于1×10-7cm/s；改良土衬里的防渗性能应达到黏土类防渗性能。

2.1天然防渗材料

天然防渗材料主要有黏土、亚黏土、膨润土等。因其渗透性第且较为经济，过去曾被视为填埋场唯一可供选择的防渗材料，目前仍为一些国家或地区所广泛采用。在天然防渗材料中，黏土使用最多，可分为天然黏土衬里和人工压实衬里。但是渗滤液中部分有机物会使黏土在吸附过程中产生絮凝和收缩，出现裂缝，吸附有机污染物的能力迅速下降，从而使渗透系数急剧增加。因此，通过人工添加物质对天然黏土层进行改性，可提高天然防渗材料的防渗能力。主要改性填料有膨润土、石灰、粉煤灰、沸石等具有吸湿膨胀性的材料，使黏土层渗透系数降低并具有自我修复能力。

2.2人工合成防渗材料

（1） 土工膜防渗材料

土工膜是由透水很低的聚合物、沥青和合成纤维等制成。另外，还加有一定的填充料、外加剂、抗老化剂、抗菌剂以及各种稳定剂等。土工膜防渗材料有乙丙橡胶（EPDM）、高密度聚乙烯（HDPE）等。其中高密度聚乙烯（HDPE）因其耐化学腐蚀能力强，制造工艺成熟，易于现场焊接，工程施工经验比较成熟，因而被广泛采用于填埋场的水平防渗中。

（2） 灌浆有机材料

灌浆有机材料早期采用硅酸钠和丙烯酰胺凝胶，近年来，使用了比硅酸钠和丙烯酰胺凝胶性能更好的胶态硅、氢氧化铁、褐煤蜡等材料。这些材料具有比水小的粘滞性，在大范围内能长期保持稳定。

2.3复合防渗材料

土工合成材料膨润土垫（GCL）是高科技绿色复合防水材料，是由两层土工合成材料之间加封优质纳基膨润土粒，并通过特殊针刺方法制成。上下两层的土工织物主要起加固和保护作用，中间的纳基膨润土是由天然的粘土矿无机材料加工而成，具有高膨胀性和高吸水能力，湿润时透水性能低，主要起防渗的作用。

3.木质素的基本简介及应用

3.1木质素的基本简介

木质素是由聚合的芳香醇构成的一类物质，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。木质素主要位于纤维素纤维之间， 起抗压作用。在木本植物中，木质素占25%，是世界上第二位最丰富的有机物（纤维素是第一位）。

3.2木质素的主要特性

木质素是在酸作用下难以水解的相对分子质量较高的物质，主要存在于木质化植物的细胞中，强化植物组织。其化学结构是苯丙烷类结构单元组成的复杂化合物，共有三种基本结构（非缩合型结构），即愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。木质素成本较低，木质素及其衍生物具有多种功能性，可作为分散剂、吸附剂/解吸剂、石油回收助剂、沥青乳化剂等。

3.3木质素在混凝土方面的应用

3.3.1混凝土减水剂

混凝土施工时加入少许减水剂即可明显改善其操作性能，用很少的水即可明显改善混凝土结构。通过运用化学改性法、复配法、联合法等方法对木质素进行一定程度的改性，可制得具有较高减水性及良好透气度的减水剂。且该种减水剂对水泥的凝固无不良影响。

3.3.2化学灌浆材料

亚硫酸纸浆废液内含有木质素磺酸盐，与铬盐反应生成稳定的木质素凝胶体，这种凝胶体可用于软弱地基的加固和防渗堵漏。木质素浆对固沙和控制流沙具有独特的能力，经木质素浆材处理后的基础和断层帷幕不但能增强其耐水性和不透水性，同时还起到了加固补强的作用，从而可提高大坝和建筑物基础的抗渗、抗形变和抗破坏力的能力。

4.木质素在垃圾填埋场防渗材料中的应用前景分析

在自然界中 ，木质素的储量仅次于纤维素 ，而且每年都以500 亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出大约 1.4 亿吨纤维素 ，同时得到 5000万吨左右的木质素副产品，但迄今为止 ，超过95 %的木质素仍以“黑液”直接排入江河或浓缩后烧掉 ，很少得到有效利用。化石能源的日益枯竭、木质素的丰富储量、木质素科学的飞速发展决定木质素的经济效益的可持续发展性。木质素对人类可持续发展最为重大贡献就在于提供稳定、持续的有机物质来源，其应用前景十分广阔。

由于木质素及其衍生物可作为减水剂且木质素纤维对防止涂层开裂、提高保水性、提高生产的稳定性和施工的合宜性、增加强度、增强对表面的附着力等有良好的效果，且通过查阅相关资料发现木质素可以在一定程度上提高混凝土防渗性能，故而可以考虑将木质素应用于垃圾场防渗材料中，以提高天然防渗材料的防渗性能。

通过人工添加物质对天然黏土层进行改性，可提高天然防渗材料的防渗能力。主要改性填料有膨润土、石灰、粉煤灰、沸石等具有吸湿膨胀性的材料。由于木质素及其衍生物可提高材料的保水性且可作为减水剂使用，在一定程度上提高混凝土的防渗性能，相类比而言，将木质素作为垃圾填埋场天然防渗材料的添加剂很有可能提高材料的防渗性能。

综上分析可以看出，将木质素应用于垃圾填埋场天然防渗材料在未来有着很大的应用前景。（作者单位：西南交通大学）

参考文献

[1]宁平，固体废物处理与处置，高等教育出版社，2008，1（1）：248-257

[2]周爱芳，章光，垃圾填埋场防渗材料研究，能源与环境，2007，4

4.仿生材料在环境保护中的应用现状与前景 篇四

从林火预防、扑救、调查及绘图等方面分析了GPS技术在森林防火中的应用现状及意义,并展望了GPS在森林防火中的.应用前景.

作 者：魏国良 游玮 WEI Guo-liang YOU Wei 作者单位：魏国良,WEI Guo-liang(青海大学,农牧学院,青海,西宁,810003)

游玮,YOU Wei(山阳县林业局,陕西,山阳,726400)

5.仿生材料在环境保护中的应用现状与前景 篇五

关键词PLC；电气自动化；应用；前景

中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)021-0159-01

1概述

1）电气自动化概念。电气自动化是研究与电气工程相关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、实验分析、研制开发以及电子与计算机等领域的一门科学。在我国解放后便开始对电气自动化进行深入研究，并且开始设立本科专业。进入新世纪随着电力电子技术、微电子技术的迅猛发展，使其发展日趋多元化。尤其是结合了目前嵌入式、网络、通信等技术后，电气自动化已出现在我们身边的各个领域。

2）电气自动化发展现状。目前主流发展是IT 技术与电气工业自动化的融合。PC、客户机/ 服务器体系结构、以太网和Internet 技术引发的电气自动化一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和IT 平台的融合。电气自动化技术对工业世界的渗透来自于两个独立的方向：一是从管理层纵向的渗透。企业的业务数据处理系统要对当前生产过程的数据进行实时的存取；另一方面，信息技术横向扩展到自动化的设备、机器和系统中。并且已渗透到产品所有的层面，不仅包括传感器和执行器，而且包括控制器和仪表。虚拟现实技术和视频处理技术的应用，也将对未来的自动化产品，如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响。随着微电子和微处理器技术应用的增加，原本定义明确的设备界线，如PLC、控制设备和控制系统变的模糊了。相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一的组态环境变得越来越重要了。

2PLC

2.1概念

可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

2.2PLC的工作原理

1）输入采样阶段。在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2）用户程序执行阶段。在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

3）输出刷新阶段。当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

3主要应用

1）PLC在中央空调上的应用。中央空调冷冻系统的控制有3种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器DDC以及PLC（可编程序控制器）控制系统。继电器控制系统由于故障率高，系统复杂，功耗高等明显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器DDC虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC其本身的抗干扰能力问题和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。相反，PLC控制系统以其运行可靠、使用与维护均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速网络结构这些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。

2）PLC在公路交通系统中的应用。PLC型交通灯控制器将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便的实现。目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，从而缩短车辆通行等候时间，实现科学化交通管理。

3）PLC在数控系统中的应用。数控系统按其控制方式划分有点位控制系统、直线控制系统、连续控制系统。在机械加工时，数控系统的点位控制一般用在孔加工机床上（例如钻孔、铰孔、镗孔的数控机床），其特点是，机床移动部件能实现由一个位置到另一个位置的精确移动，即准确控制移动部件的终点位置，但并不考虑其运动轨迹，在移动过程中刀具不切削工件。

实现数控系统点位控制的通常方法可以有两种：一是采用全功能的数控装置，这种装置功能十分完善，但其价格却很昂贵，而且许多功能对点位控制来说是多余的；二是采用单板机或单片机控制，这种方法除了要进行软件开发外，还要设计硬件电路、接口电路、驱动电路，特别是要考虑工业现场中的抗干扰问题。

由于可编程控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小、是实现机电一体化的理想控制装置等显著优点。

4发展前景

电气自动化的发展趋势应该是分布式、开放化和信息化。分布式的结构是一种能确保网络中每个智能的模块能够独立的工作的网络，达到系统危险分散的概念；开放化则是系统结构具有与外界的借口，实现系统与外界网络的连接；信息化则是使系统信息能够进行综合处理能力，与网络技术结合实现网络自动化和管控一体化。

在新的时代，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富 规格更齐全，通过完美的人机界面完备的通信设备成熟的现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在我国的电气自动化建设中发挥越来越大的作用。

参考文献

[1]齐从谦,王士兰等.PLC技术及应用(第2版).北京:机械工业出版社.2008,4．

[2]廖常初.PLC基础及应用. 北京:机械工业出版社.2005,5．

6.仿生材料在环境保护中的应用现状与前景 篇六

【关键词】体育游戏 初中体育教学 方法设计 内容设计

体育教学被运用在初中体育课堂上，可以让学生通过有趣的集体体育游戏，对运动产生浓厚的兴趣，可以通过集体游戏明白团队合作和团结的重要性。体育游戏给学生带来的是更加多样化的体育课堂，它可以促进学生生理、心理的发展，可以带动学生在体育课堂上动起来。有效的体育活动可以缓解学生身体的疲劳，可以减小学生平时所承担的压力，在某些方面还可以塑造学生的性格、人格以及思维方式。体育游戏在体育教学中的运用是必不可少的。

一、体育游戏在初中体育教学中的方法设计

“为祖国健康奋斗五十年”是现在很多大学体育教学的口号，这体现出“健康第一”毫无疑问是现在各个阶段教育教学必须遵守的指导思想。那么我们应该怎么将体育游戏运用到教学当中呢？

在遵守教学时长以及不违背教学内容的情况之下，在遵守大纲要求和目标的前提之下，我们可以安排多样的活动在体育课上，目的都是让学生在体育课堂上达到一定的运动量，从而锻炼身体素质。每一节体育课都需要有课前的热身运动，但是热身运动不应该是长期的教学生做广播体操，而是应该引入多种类的活动。例如在跳跃方面，可以有立定跳远；在投掷方面学生们可以去练习铅球投掷；球类教学中，可以导入排球游戏、乒乓球游戏、篮球游戏等；在跑步方面，教师可以导入耐力跑游戏。将体育游戏融入学生的体育课堂之中，而且每一节课体育游戏的设计不能是一成不变的，不能一学期只做一种体育游戏。我们教师设计的游戏既要让学生达到体能要求，也要符合大纲准则。

二、体育游戏的内容设计

教师应该根据初中阶段学生身体生长的情况来设计体育游戏的内容，有针对性地进行专项教学，更好地完成教学大纲的目标。

例如，针对学生的身体状况以及心理发育等方面，排球教学采用“排球接力”这项体育游戏作为体育教学的一部分。

游戏名称：排球接力

游戏教学目的：掌握排球游戏的规则以及方式，提高学生肢体的协调性，培养学生之间的团队精神，帮助学生锻炼身体，寻找乐趣。

游戏方式：首先要进行分组，每个组一个球，在网两边的球场底线都要站好人，如果没有排球场，教师可以规定一个距离。然后一方学生要把排球放在离腕关节十厘米的地方，也就是在两条胳膊交叠的中间部位，然后跑过球场，传球到另一方同学那里，学生依次进行接力，速度最快、动作最标准的队伍获胜。

游戏名称：颠球传球赛

游戏教学目的：训练学生反应能力和肢体协调能力；提高学生的兴奋程度，产生快乐感 ，缓解学业压力。

游戏方式：本游戏分小组进行，每个小组五个人，每个组一个球，学生们自行整理队形，什么队形都可以，首先学生一号要颠球五下，在第五下的时候传给学生二号，学生二号接住球之后继续不能间断的颠球五下，以此类推，速度最快的组获胜。

游戏规则：如果在传球的时候球掉到了地上，捡起来继续即可。

排球游戏可以安排在课程的结尾，让学生在下课之前保持一个兴奋的状态，这样可以更好地开始下一节课。

我们在立定跳远方面也可以设计体育游戏，然后在体育课中使用。

游戏名称：两人双足跳

游戏目的：锻炼学生腿部肌肉，锻炼学生弹跳能力。

游戏方式：怎么变成双足人呢？首先一个人的左脚要被另一个人的右手握住，左手放在肩上，然后两个人同时侧身跳到终点，接着换方向跳回来，完成最快的胜出。

我们也可以将立定跳远和投掷铅球结合起来，首先将学生分成几组，然后每组派一个代表去投掷铅球，投掷距离最短的一组要蹲着跳到终点再跳回来，中间不能有间隔。

三、授课过程

授课地点要尽量选择大的场地，有大操场的可以选择大操场，没有大操场的学校就挑一个宽敞的场地，教师要选出一个专门负责记录体育游戏的学生小组，在每次开始游戏的时候这个小组的同学要负责记录学生的成绩。学生小组要按照学生的学号来分。我们可以根据游戏的时间长短和复杂程度来安排时间，简单的游戏安排在快下课的时候，难的游戏安排在上课的时候。最后体育游戏的成绩计入总成绩。

四、体育游戏引入初中体育教学的优点和缺点

（一）优点

现在很多初中的体育课都非常不规范，体育课是要求学生在上课的时候一直在运动的，但是初中体育课经常会出现学生上体育课的时候闲逛或者是坐在体育馆。这证明一些初中学校不够重视体育教学。教师首先必须严格执行教学大纲，然后引进体育游戏，这样就会让学生更加热爱体育课和体育游戏。通过体育游戏，还可以锻炼学生的团队协作能力，让他们保持在一个兴奋的状态，从而锻炼身体，拥有一个健康的体魄，还可以释放学生在学业方面的压力。

（二）缺点

体育游戏的引入的确会令体育课更加灵活有趣，但是不可能整整一节课都在做体育游戏。当然，学生们无疑是更喜欢体育游戏的，这会让学生做过体育游戏之后就不认真上课了，这时候教师应该加强监督。

五、后记

体育游戏对于初中体育教学来说是必不可少的一部分，它可以让体育课发挥最大的价值，锻炼学生的体魄，吸引学生的兴趣。在未来，体育游戏将会在体育教学中占据很重要的地位。

【参考文献】

[1]袁海强.体育教学中体育游戏运用思考[J].体育文化导刊，2015（03）：146-149.

[2]林君薇.体育游戏论[J].体育文化导刊，2009（10）：103-105，115.

[3]高平.浅谈体育游戏在教学中的重要性[J].兰州大学学报（社会科学版），2010，38（S1）：208-210.

7.仿生材料在环境保护中的应用现状与前景 篇七

关键词：改革开放；环境艺术；艺术设计；个性化

一、环境艺术相关知识的简单介绍

环境艺术单从这个名词来看，对于我们的生活有点陌生，但究其内容来看，它与我们社会的生产、生活有着十分密切的关系。随着社会的不断发展和完善，人们对于环境艺术的质量有着越来越高的要求。下文是笔者对环境艺术相关知识的简单介绍：

（一）环境艺术设计的内涵

环境艺术是新时期经济社会发展的产物，是人类社会高度重视环境与人关系的具体体现。在整个社会中环境艺术受到重视，是贯彻落实科学发展观、坚持以人为本的重要体现。环境艺术是绿色的艺术和科学，是将艺术和环境结合在一起的产物，是对艺术的一种创新。在我们生活中，城市规划、城市建筑设计、室内外设计、雕刻壁画等都是环境艺术的内容。

（二）我国环境艺术设计的简单介绍

改革开放以来，我国社会主义经济发展迅速，人类与环境的关系受到我们的高度重视。在此背景之下，科学发展观应用而生。环境艺术设计在新的时期受到社会各方面的高度重视。

1.环境艺术设计的发展

在上世纪80年代，环境艺术设计在我国出现，而且发展十分迅猛。在我国，环境艺术设计并不仅仅是一个行业，更是一门学科，在众多高校内部，将环境艺术设计确定为一门科目，开设相关的专业课程，为社会培养相关方面的高素质人才。城市艺术环境设计对于人类居住以及社会环境整体发展有着十分重要的作用，其在提高人民生活环境质量、创造中国当代环境艺术、保障人类健康可持续发展方面扮演着重要的角色。

2.环境艺术设计的发展前景

改革开放以来，我国城市化发展速度空前，城市建筑面积在不断扩大。在此背景下，城市内部的各种基础设施，比如说城市广场、居民住宅、绿地等得到不断完善。随着时代的发展，经济的、不断进步，整个社会中出现众多高级住宅区、一些沿海城市推出海景房……在此基础上环境艺术设计受到全社会高度关注，无论是环境艺术设计行业领域，还是相关学科内容，都受到社会的重视，可以说从目前情况来看，我国环境艺术设计发展的前景十分可观。

（三）目前我国环境艺术设计的发展现状

环境艺术设计在我国出现的时间并不算太久，在社会发展的过程中受到高度重视，因而其发展的前景十分可观，但是不得不承认在发展的过程中仍然存在一些问题。

1.相关意识树立不到位

意识是行为的先导，在环境艺术设计发展的过程中，我们发现就目前的实际情况来看，大多数人员没有相关意识的。在环境艺术设计的过程中不能全面地了解其真正内涵，导致在工作的过程中，不能积极主动地落实到其中，从而出现了一系列问题，影响到环境艺术设计的质量和效率。

2.缺乏相关的专业型人才

21世纪是人才竞争的时代，知识的竞争是整个时代的主要标志。我们在调查分析之后发现，环境艺术设计专业虽然在高校设立的有相关学科，但是其为社会培养的人才多数缺乏实践经验，空有一身理论知识；而且就现在社会中从事环境艺术设计工作的人员来说，其自身相关知识存在陈旧、落后的问题，导致目前环境艺术设计的效率和质量不高。

（四）环境艺术设计的基本特征

环境艺术设计是新时期的出现的一种新的设计理念，是设计和环境相结合的产物，是一种创新。在新的时期，其自身具有的特点十分明显。

1.人文性与自然性相结合

人民是社会的主人，为人民服务是国家宗旨。环境艺术设计也是如此，其主要是为社会、为人民服务。在环境艺术设计的各个环节都体现着十足的人文性，而且环境艺术设计的使用性能得到大大的增强。同时，在科学发展观的指导下，环境艺术设计还充分体现出自然性，而且在新的时期通过有机设计将自然性和人文性结合在一起，设计出了合理的作品。

2.保护性与可持续性相结合

随着科学发展观的提出，我们的社会发展更加注重质量和效率。环境艺术设计作为社会中的一个部分，也随着社会发展的潮流而不断发展。从目前我国环境艺术设计现状来看，设计的作用表现社会中积极的一面，以及对人们日常生活进行正面的展示。在选择材料方面，一般都会选择一些无公害的材料，一方面起到保护环境的作用，实现人和自然的和谐相处；另一方面提高人们生活的品质，提高整个社会的可持续发展能力和水平。

3.审美的多样性

随着社会主义的不断发展，社会主义文化事业取得了不错的进展，在整个社会中我们发现，人们的审美需求在不断发展，在新的时期呈现出多元化的特点。环境艺术设计为社会服务，而且受到新时期社会需求的推动，在设计的过程中为了迎合社会需求、满足社会需要，其设计的形式和种类多种多样，促进了环境艺术设计的多元化发展，同时也促进了人们审美情趣多元化发展倾向的发展，还推动了社会的不断发展和进步。

（五）环境艺术设计的作用

环境艺术设计在新时期受到社会各界的高度关注，是因为其在社会中发挥的作用不可替代，其扮演的角色十分重要。

1.表达不同的艺术情境

随着城市化的不断推进，城市建筑功能结构在不断完善。人们生活的环境是由经济、商业、娱乐等场所构成的，各种场所组合在一起给人们构建出一种充满活力的空间。这种空间环境是自然环境和人文环境共同创造的。环境艺术设计在发展的过程中将自然环境与人文环境相结合，充分发挥智慧的力量，为人们的生活创造出多种多样的艺术情境。

2.环境艺术设计的媒介作用

环境艺术设计的媒介作用容易被人忽略，因为很多人都不理解环境艺术设计的媒介作用。人与自然的和谐相处并不是嘴上说说而已，它是通过人与自然的和谐相处才可以实现的。环境艺术设计就是在尊重客观规律的基础上，充分发挥主观能动性，将人与自然和谐地结合在一起，从而向世人展示一种人与自然和谐相处的观念信息，使社会达成共识。

二、环境艺术设计个性化

（一）环境艺术设计个性化的简单介绍

环境艺术设计个性化是新时期社会主义经济文化发展的产物，下面是我对环境艺术设计个性化的简单分析：

1.环境艺术设计个性化的内涵

个性化，其与大众化相对，一般是指个体的个性需求和服务，用来形容事物的独特性。环境艺术设计个性化，顾名思义就是在环境艺术设计的过程中追求个性化的东西，满足人的个性追求。环境艺术设计个性化是社会主义经济文化发展的产物，符合社会审美多元化的趋势。

2.环境艺术设计个性化的背景

改革开放以来，我国经济发展迅速，社会经济水平不断提高，给人们的生活以及社会的发展提供了坚实的物质基础。在此基础上，社会主义文化发展迅速，人们的思想受到多元文化的冲击，思想不断解放，开始追求个性化的东西。此外，在社会发展的过程中，技术工具的进步为环境艺术设计个性化的出现创造了机会。

（二）环境艺术设计个性化的来源

环境艺术设计个性化，不是设计者凭空想象得来的，更多地是取材于客观实际，在尊重客观存在的基础上，充分发挥个人的主观能动性，设计出一些具有个性的作品。每一件作品都是艺术设计者智慧的结晶，都是其对一种设计理念的全新认知，极大地丰富了百姓大众的审美志趣，为城市的发展增添了风景。

（三）环境艺术设计个性化的作用

随着社会的不断发展及时代的不断进步，环境艺术设计涉及到的内容越来越广泛。在科学发展观的指导下，其在新时期的设计更加符合客观规律，更加注重环境与人的有机结合；而且在一定程度上考虑到群众的需要，会设计出更加合理、科学的方案，以此来提高建筑的实用性，满足业主的以及城市的不同需求。

（四）环境艺术设计个性化的具体措施

1.加大宣传力度，改变人们的认知

在新的时期要充分使用相关的媒体设备，加大宣传力度，积极对环境艺术设计的相关内容进行宣传介绍，提高人们对环境艺术设计的认知水平，从而使更多人可以接受环境艺术设计个性化的趋势，最终促进社会审美趋向多元化。

2.树立终身学习观念，培养高素质人才

在环境艺术设计的过程中，要鼓励相关设计者树立终身学习的观念，不断更新自身的知识，同时在不断学习的过程中，不断扩展个人知识面，提高个人综合素质。此外，加强学习还可以使相关人员的专业素质得到有效提高，为环境艺术设计个性化贡献自己的力量。

三、结语

环境艺术与我们的生活息息相关，然而其并没有多么遥远，实际上它出现在我们生活的方方面面。在一定程度上，环境艺术的出现甚至改善了人们的生活面貌，提高了人们生活的品质。在新的时期，环境艺术设计的发展受到社会审美变动的影响，在其发展的过程中出现了个性化的倾向，使环境艺术设计的种类和形式变得多样化，促进了社会审美的多样化发展，也促进了社会的进步和发展。

参考文献：

[1]陈虹钢.手绘快速表现在环境艺术设计中的价值及其发展研究[D].吉林艺术学院，2015.

[2]刘淑艳.如何能够更好地将禅学思想引入环境艺术设计实践的探讨[D].河北师范大学，2015.

[3]康萌萌.环境艺术设计中感官体验的应用研究[D].海南大学，2016.

[4]童宜洁.改革开放以来我国艺术设计的发展特征研究[D].武汉理工大学，2012.

[5]张凯.新技术新材料催生新的艺术表现形式——浅析环境艺术设计中的技术与艺术[J].中国建筑装饰装修，2011，（09）.

[6]俞明海.周波.高校“环境艺术设计”专业课教学探索与实践[A].首届中国高校美术与设计论坛论文集（下）[C].2010.

[7]张瑜.废瓷片介入环境艺术的审美价值[A].第九届全国陶瓷艺术设计创新评比暨首届中国陶瓷艺术大会论文集[C].2010.

[8]张琪.浅析陶瓷在环境艺术中的运用[A].第九届全国陶瓷艺术设计创新评比暨首届中国陶瓷艺术大会论文集[C].2010.

作者单位：

8.仿生材料在环境保护中的应用现状与前景 篇八

自古以来，自然凭借其独特的魅力吸引人类去探索它的奥秘。人们模仿飞鸟制作飞机，模仿鱼儿制作潜艇，模仿小草制作锯子，模仿蝙蝠制作雷达，这一切的一切无一不是自然赐予人类的礼物。人类在感悟自然神奇的同时，也将更多的精力投入到了对自然的模仿之中，仿生学随之应运而生。仿生学按其属性可以分为形态仿生、功能仿生、结构材料仿生、色彩仿生和肌理仿生。其中，生物形态的仿生应用最为广泛。本文正是从仿生学的概念入手，举例分析生物形态在座椅仿生设计中的应用，并进一步探究生物形态的仿生对现代设计的重要意义。

关键词：

生物形态 仿生 座椅设计 现代设计

中国分类号：JO

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2015）-05-0022-02

仿生学是一门研究生物系统的形态结构和功能性质，并用所获得的知识为工程技术提供新的思想观念和解决方案的科学。在古代，人类就知道在大自然中汲取灵感，从各种动植物以及自然现象当中学习知识以便繁衍生息。“外师造化，中得心源”，说的就是以自然为师，向自然学习，从自然界中汲取创作养分。人们模仿飞鹰的外形发明了风筝、模仿鱼刺的构造发明了骨针、模仿鸟窝的功能在树上筑巢，用来抵御猛兽的伤害。人类从自然当中获得了很多生活的灵感，但这些都是对自然生物形态的直接模拟，是初级创造阶段，虽然比较粗糙、表面，却可以看作是仿生的起源，是今天仿生设计得以发展的基础，也从侧面说明人们从很早起就已经会“仿生”了。

1.生物形态在座椅仿生设计中的应用

仿生设计按其属性可以分为：形态仿生、功能仿生、结构材料仿生、色彩仿生和肌理仿生。其中，形态仿生应用得最常见、最普遍。而在所有形态仿生中，生物形态的仿生最受大众欢迎。在汉代以前，含有生物形态的器具就已经在百姓之中广为流传了，如十五连盏灯、青铜朱雀灯、长信宫灯，都是在灯具设计中融入了生物形态元素，不仅在当时轰动一时、颇受欢迎，而且流传到现代也是十分经典的作品。其后，随着丹麦家具设计大师雅各布森的蛋椅、蚁椅、孔雀椅的大获成功，将生物形态应用到座椅设计中这一趋势变得更加流行。

1.1 座椅形状设计中的仿生

在座椅形状的设计中，生物形态仿生按照相似程度通常可以分为具象仿生、抽象仿生。具象仿生是指直接模仿自然界中各种生物的形态，力求通过逼真的色彩和造型，真实地再现生物的特征，达到惟妙惟肖的效果。在椅子设计中，有的设计师就大胆沿用了生物的整体造型进行仿生，如西班牙设计师Maximo Riera。他最近完成了动物座椅系列的设计，这一系列共有三把座椅，其中包括“章鱼椅”和“犀牛椅”，“海象椅”，见图1一图3。每一把椅子的造型都跟现实生活中的“一模一样”，更在此基础之上保持了动物应有的活力，形象逼真、惟妙惟肖，就好似章鱼、犀牛、海象这些动物就在眼前。这个椅子系列向人们展现了野生动物独有的美丽，它们可以凶悍，但也可以可爱，更应该生动。它们虽然居住在自然界，却也能停留在我们的生活中，给我们的生活增添更多的美丽和生趣。除了沿用生物的整体形态外，椅子的局部造型也被很多设计师设计成动物的一部分。Hybrid是设计师Merve Kahramans设计的一款融合了兔子和雄鹿造型的椅子（见图4），椅子背部设计了鹿角形状作为装饰，看起来气势磅礴。在椅子腿的设计上，巧妙地借鉴了雄鹿的四肢结构，使设计本身更加有趣。

抽象仿生是指将生物形态、色彩等特征概括、提炼，用简洁的设计语言将其表达，以形写神，经过夸张组合变形后依旧能保持动物的本质特征，让人一目了然。设计师Wilson Ninoercheng设计的一种青蛙椅，椅子整体造型是模仿一种有毒的青蛙。将青蛙的外形抽象化，搭配鲜艳的色彩，整个座椅看起来就像一只正要向上跳跃的青蛙，生动、有趣、简洁又不繁琐，加之椅子超软的坐垫、靠背恰到好处的倾斜角度使得这把椅子成为一款极为舒适的家具设计。类似的设计还有嘟嘟鸟儿童座椅。这款椅子利用了鸟类造型的变形，不仅增添了儿童座椅的情趣，而且更重要的是让儿童对大自然产生了兴趣。

具象仿生带给人们身临其境的感觉，但抽象仿生却会留给人们无尽的想象空间。随着仿生学的发展，在形态仿生的门类里又多了一项内容：意象仿生。寓“意”于“象”，通过客观物体来表达感情，就是文学里常说的借物抒情，不过此物非彼物，在仿生中“物”指的是可以触摸到的实际物体。意象，也并不是一个陌生的词，在古诗、散文中作者经常通过象来抒发自己的感情表达自己的志向。在设计中，设计师也同样通过在产品中注入文化元素、感情元素等一系列元素，赋予产品象征性的意义，给人们带来超出产品形状之外的联想，让人们对产品产生相应的理解和感情。例如，享誉世界的巴黎地铁入口设计师赫克托·吉马德，虽然他是新艺术风格的代表人物，但在他的设计主张中，我们却可以看到仿生设计的影子。他曾在自己的著作之中写道：“自然的巨著是我们灵感的源泉。”正和仿生设计所强调的取法自然的目的一致，这些想法也表现在他的设计之中。他曾经设计过这样一款椅子一一椅子整个看上去是由曲线组成的，十分有动感。值得一提的是，椅子背部设计成三根枝权支起的模样，远观好像某种脊椎动物的背部，由曲线构成给人一种向上的感觉。椅子虽然普通，但传达出的动态和生长的感觉，无疑向我们阐述了生命的真谛就是不断向上、勇往直前的拼搏。

1.2 座椅装饰设计中的仿生

大部分座椅仿生设计都是应用在外观造型上，但是也有一些仿生应用在座椅的装饰设计上。有的是在椅子背部装饰纹样上采用生物形态的仿生。最典型的代表是马克穆多设计的椅子背部。整个椅子的外观造型虽然平凡无奇，但背部的花纹设计却极其引入注目。这把椅子继承了新艺术风格的设计特点，背部采用了涡旋形的图案，抽象的蜿蜒曲线和清晰的植物边缘，流动于严谨的椅子边框之中，远远望去，既像一朵朵盛开的花朵，又好似一只孔雀正在开屏向世人展示它的魅力。类似的设计还有小鹿斑比款座椅。这款座椅在造型上模仿了鹿四肢的形态，十分可爱。尤其是椅子背部的装饰，借鉴了鹿角的形态，使椅子在原来的基础之上更栩栩如生、趣味性十足。

2.生物形态的仿生对现代设计的影响和意义

现代生活日新月异，设计也不单纯是满足生活需求而已。随着科技的发展和人们生活水平的进步，设计更致力于为改变和方便人们的生活而服务。仿生学作为一门正蓬勃发展的学科，为现代设计注入了新的灵感。在这之中，形态的仿生不仅为现代设计增添了更多的表现元素，也对现代设计和人们生活发展有重要的意义：

2.1 生物形态的仿生能唤起人们的环保意识

人和自然本就是一体。将生物形态应用到产品设计中，会激发人本性的情感，能拉近人与自然的距离，唤醒人们保护自然，爱护自然的意识。尤其在儿童座椅设计中，更可以把那些濒临灭绝和已经灭绝的生物形态加入其中，不仅可以让儿童增长知识，而且还能让他们对动物和自然产生怜爱之情，使他们产生保护自然的动力。孩子是祖国的未来，只有从孩子抓起，才能从根本上激发全民族要保护自然的决心。

2.2 生物形态的仿生产品更具亲和力、人性化

科技飞速发展，给人们带来优越生活的同时，也让人们产生了巨大的压力。人们每天奔走于工作生活之间，还要应付各种应酬，父母的健康、自己的事业、孩子的学业……一座座无形的“大山”压得每天都喘不过气来，这时充满科技感的产品对消费者来说，是没有感情和冷酷的。人们需要的是关心、关爱和被关怀。具有生物形态的产品能让人们感觉到亲切、贴心，能激起人们潜意识里对自然的依赖，好似躺在母亲怀中一般徜徉自在。

2.3 生物形态的仿生为现代设计提供更多的启示