仿生建材前景广阔
自然界在亿万年的演化过程中孕育了各种各样的生物，每种生物都拥有神奇的特性和功能，它们均是“物竞天择适者生存”的佼佼者。通过研究、学习、模仿来复制和再造某些生物的特性和功能，将极大的提高人类对自然的适应和改造能力，产生巨大的社会经济效益。这样一门综合性的学科——仿生学便应运而生了。现代仿生学已延伸到很多领域，建材仿生是其应用领域之一。建材仿生就是研究和仿照生物躯体的组织结构、化学成分、色彩及生态功能，设计和制造出卓有成效的新型材料，来满足人类对建材性能和品种日益增长的需要。
结构仿生建材
结构仿生建材是通过研究生物肌体的构造，建造类似生物体或其中一部分的建筑材料，通过结构相似实现功能相近。
在建材的结构上，人们利用仿生学的原理，取得了很大的成效。以蜜蜂为例，它不仅是蜂蜜和蜂乳的酿造者，而且还是生物界出色的“建筑师”。蜜蜂用蜂蜡建造起来的蜂巢是一座既轻巧又坚固、既美观又实用的杰出建筑物。轻质高强，是建筑材料的发展方向。人们从蜂巢上获得了启示，为了减轻钢筋砼的自重，创造发明了蜂窝泡沫砼，如加气砼，还有泡沫塑料、泡沫橡胶、泡沫玻璃等等。实践证明，这些内有气泡的蜂窝状材料，既隔热又保温，结构轻巧又美观。目前，它们已在国内外获得了广泛的应用。
日本在普通砼中掺加约1%的长纤维状分子添加剂，这种纤维互相缠成网状，其形状模仿蜘蛛织成的网，使纤维分子的黏度增加，包住砼的组分，从而可使砼在水中凝固，便于水下工程的施工。
迄今为止，所有的材料都是死物。能不能研究出一种具有生命活力的材料呢？国外有的科学家设想，通过生物工程的研究，把大海里的珊瑚虫繁衍成的礁岛，改造成一种能按人的要求而生成的高楼、大坝、码头等建筑物，或在陆地先造出房屋的金属网状结构，然后放到海里，让软体动物填满网格，等到动物死去，大量动物尸体硬化，由珊瑚和贝壳等复合材料构成的房屋结构也就完成了。用这种方法建造海洋工程及沿海房屋，具有施工方便、就地取材、速度快、造价低等优点。
色彩和质感仿生建材
色彩和质感仿生建材就是模仿生物的色彩和质感研制出千姿百态、五彩缤纷的建筑材料。
在我国有些建筑物内墙和地面装饰采用木纹色，这种淡而不薄、厚重相宜的色彩，能给人朴实、自然的感觉，可缓解人们因工作而引起的疲劳与压力，达到较好的视觉效果。近年来，墙体装饰材料中的乳胶漆，其色彩有的采用自然生物的颜色，如“丁香紫”、“香草黄”、“象牙白”、“浅豆绿”等色调，这种活泼清新的色调，温馨亲切，给人以美的享受，使人得到健康休闲的满足。最近日本等一些国家研制出一种绒面涂料，除具有普通涂料的作用外，还模仿动物的皮毛和肌肉，赋予涂膜以弹性的、柔软的手触感和较好的消光效果，受到了市场的欢迎。荷兰BOLL公司推出一种新型的塑料地板，是一种用维尼龙和PVC制成的复合材料，具有防腐、防静电和抗老化的性能，其下部有气垫底层，具有隔热保温的效果，踩上去富有弹性，宛如行走在羊毛地毯之上。英国已经研制成功一种具有多种用途的弹性水泥，具有较强的抗冲击和折断的能力。
化学成分仿生建材
化学成分仿生建材就是研究和模仿生物体的化学成分及其形成的机理，并以新的方式来生产出新型建材。
在化学成分上，人们发现，生物汲取自然界的物质元素构成它们的自身，并不像人类研制材料那样大动干戈，采用很多种元素，把成分和配比弄得很复杂，并且很多材料还要经过高温烧结。许多生物仅用了一百零几种元素中的十几种，就组成了仪态万千、性能优异的材料。例如，贝壳的抗张强度高达100兆帕，远大于水泥。其实，它的成分很简单，95%是石灰石（碳酸钙），5%是蛋白质，两者粘结成坚不可摧的整体，而且并不需要高温烧结。这就给人们很大的启示，促使人们寻找化学组成简单、工艺简化并节省能量、减少环境污染的新型建材。如美国国家实验室已研制出一种高强度聚合物水泥，它是用水溶性糠醛醇的聚合物制成的，组分少，制造工艺简单，可快速修补公路、桥梁和机场跑道。
功能仿生建材
功能仿生建材的目的是使人造的材料具有或能够部分实现高级动物丰富的功能，如思维、感知等，也就是说能够研制出智能化材料。
解剖学研究表明，动物或人的皮是具有多功能结构的典型智能生物材料之一，具有可弯曲变形、调节温度、防水、阻止化学物质和细菌进入及自修复等功能的复杂层状组织。人们从这里受到了启发，在一些高层建筑上，应用恰当的装饰材料，将风、光等对建筑产生负面影响的能量，转化为高层建筑环境所需能量的一部分，化害为利，变废为宝，创造更富有活力的生存与行为环境，并满足节能的要求。如比利时首都布鲁塞尔马蒂尼大厦的建筑师和工程师，模仿变色蜥蜴的皮肤对环境能做出反应的特点，在建筑界面外装置一层遮阳百叶作双层皮，通风管道置于双层皮中。夏天可阻挡阳光，减少冷气负荷，冬天双层皮又可用作日光采集器，加热空气预热空调。这样既达到了装饰的目的，又达到了节能的目的。建筑物的防水材料一直是个难题，而人和动物的皮肤具有很好的防水性能。汗液可以渗透出来，外面的水却透不进去。这一巧妙功能，促使人们正在探索皮肤微观结构的奥秘，它将为解决建筑防水问题开辟新的途径。
荷叶出污泥而不染，历来为世人所称赞，人们利用这种“荷叶效应”，研制出各种自洁净、防污渍材料和涂料，如自洁净玻璃，还有利用自洁净技术生产出的涂层涂覆在水龙头、门窗等不会沾上手印及污渍等。
目前建筑物所使用的承重材料主要是钢材、木材、石材、混凝土以及钢材和混凝土的组合材料，这些材料的弹性模量大，即刚度较大，在外力作用下的变形几乎用肉眼看不出来。多数材料在接近极限荷载时发生突然破坏，使得人们无法进行破坏前的预防。而生物体的功能之一就是能向外界传达自身的异常状态。例如人体，当睡眠不足的时候，眼睛会充血；体内被病菌感染时，体温会上升发烧等等，这些都是对自身的异常状态向外传递信号。具有自我诊断、预告破坏功能的材料就是在这种思想的启发下进行研究的。
功能仿生材料更加高级的功能有自我调节和自我修复功能。即材料能够根据外部荷载的大小、形状需求等，对自身的承载能力、变形性能等进行自我调整，符合外部作用的需要，这种性能就是自我调节功能。自我修复功能是指材料本身具有类似于自然生物的自我生长、新陈代谢的功能，对遭受破坏或伤害的部位能够进行自我修复、自愈再生，这样建筑物的寿命可大大延长，安全性也会得到很大提高。
智能建材的探索和研究虽然还刚刚起步，但是随着材料科学、电子技术以及自动控制手段的不断进步，必将不断取得新的进展，未来的建筑及所用的材料将走向智能化。
【责任编辑】庞云