本文简要介绍我院陈锦祥教授从事的“一体化仿生蜂窝复合材料研究”的由来及其最新研究情况。
１．仿生的对象
甲虫――虽然它们是我们周围非常平凡，很不起眼的小昆虫， 但经过千万年的进化，它们全身都是非常巧妙的优化结构！
２．一体化有柱蜂窝结构及其生物原型
不妨从实例谈起，大家知道，蜂窝板早已工业化生产，但其生物原型，严格地说是蜂窝芯，而不是蜂窝板。事实上，至今为止人们在制作蜂窝板时，蜂窝芯也是单独制作--或许当初就是因为参照了这一生物原型所致，其此后便形成习惯—直沿袭至今！或许大家难以相信，甲虫前翅才是一个完整的，真正一体化的有柱蜂窝三夹板结构。
为了便于理解，下面简要回顾有柱蜂窝结构及其生物原型（Fig. 2）。由图Fig. 2A，B可见有柱蜂窝结构的特征是：在现有蜂窝结构的一些蜂窝壁的交汇处设有加强柱。而Fig. 2C-D为生物体中相应的结构原型--甲虫前翅内部的微细结构。其特征为：1）前翅由上层，芯层及下层构成，芯层中有小柱，气嚷壁；2）气嚷壁为近似于蜂窝的多边形网状结构，小柱多数分布在网格的角落上。
其实，生物设计技术之精湛让你叹为观止!：纵向剖开小柱(Fig. 2E)，你可发现强化纤维(几丁质纤维)有序致密地分布于其间；小柱中的纤维以直线或螺旋线等方式巧妙地与上，下层中的纤维连接在一起，而且这种连接是连续有机地遍布在以千为单位的小柱之间。即便是这么细小的小柱，其中心部分为蛋白质，强化纤维只分布在最能起抗弯作用的小柱外层!
再从小柱直径与蜂窝壁厚度的量纲(Fig. 2A-D)上可知，小柱比蜂窝壁起到了更加重要的强化作用。更不必说，小柱中还有与上下面板连续有机地连成一体的纤维。业已证明，小柱能极其有效地提高层间的剥离强度: 与没有小柱的部位相比较, 有小柱存在的部位，其抗剥离强化倍数局部可以达到数十倍, 平均也能达到3倍左右；这一天然的生物体的杰作，令万物之长的人类也难以仿制!
３．一体化蜂窝技术的开发
自然界的这些魅力，特别是甲虫前翅结构中的一体化蜂窝结构，就象巨大的磁场，一直吸引着我们，成了我们坚持不懈研究的动力!最近，通过学科的交叉融合，终于开发了一体化有柱蜂窝技术，并成功试制了相应的仿生结构板!
Fig. 4例示一套简单的模具装置。Fig. 4A为阴模，同图B为基本阳模；Fig. 4 C为将阳模设置于阴模时的组合情况；Fig. 4D则为试制后的样品效果图。笔者用石蜡制作阳模，并设法在阴模中设置好一些玄武岩纤维网格布，再将短切玄武岩纤维和环氧树脂的混合物加入到这一模具中，经低温固化成型，最后通过加热熔化去除阳模后，可制备一体化有柱蜂窝结构板材。
现在正以这一核心技术为中心，从基础，应用两方面着手深化研究，争取获利更大的突破。
４．主要成果
代表论文
[4] J. Chen，J. Xie，H. Zhu, S. Guan，G. Wu，MN. Noori，S. Guo. Integrated Honeycomb Structure of a Beetle Forewing and its Imitation，Materials Science & Engineering C, 32（3） (2012) 613-618 ( SCI IF=2.7). [3] J. Chen, G. Dai, Y. Xu and M. Iwamoto, Optimal Composite Structures in the Forewings of Beetles, Composite Structures[J], 2007, 81:432-437( SCI IF=2.2).
[2] J. Chen, Q-Q Ni, Y. Xu and M. Iwamoto, Light Weight Composite Structures in Fore-wing of Beetles, Composite Structures[J], 2007, 79(3):331-337( SCI IF=2.2).
[1] 陳錦祥，岩本正治，倪慶清，倉鋪憲，齋藤憲司，甲虫上翅の層間強化機構に関する一考察[J]，機論A，2001，67(664)：273-279．
国家发明专利:
[5] 陈锦祥，吴智深，吴刚，谢娟，朱虹，一体化制备多边形格栅蜂窝空芯与实芯板的模具装置和方法，美国申请号： US13/406,4411（2012.2.27）。
[4] 陈锦祥，汪昕，谢娟，顾承龙，何成林，一体化蜂窝板的封边模具方法，发明专利，申请号：2011 1 0234562.9 (2011-08-17 ).
[3] 陈锦祥，谢娟，关苏军，朱虹. 一体化制备多边形栅格蜂窝结构实芯功能板的模具与方法，ZL 201010228680.4.
[2] 陈锦祥，关苏军，一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置和方法，ZL 2010101100691.
[1] 陈锦祥，倪庆清，岩本正治. 一种中间为多边形栅格的夹层强化板, ZL.03 1 16503.6; (2006.10.11)
（谢娟） 2013-01-13
