仿生材料工程可用于从润湿行为到光学和机械材料的许多科学领域的先进功能材料的设计。生物机械材料特别具有启发性，其在室温下从有限的一组构筑材料中组装并生长在水中，并具有刚度，强度和韧性以及轻巧性的独特组合。例如，木材，珍珠层，甲壳类表皮和蜘蛛丝等一些天然材料。其中成分的精准排列和平衡的分子能量耗散机制可以克服单个成分的不足，并导致材料具有超越添加剂的优异协同性能。它们构成了未来结构材料工程关于成型以及属性方面的范式，即使用可持续的建筑构件和节能途径，以及在实现新的高性能和高性能材料种类，以及在可移动技术中提高能源效率所需的轻质结构材料。

有鉴于此，德国弗莱堡大学Andreas Walther总结了过去十年中，课题组在设计具有机械高性能结构以及新型多功能性的自组装仿生材料方面的研究进展。

文章要点

1）作者首先概述了仿生纳米复合材料的定义及其在其中的自组装，然后进行深入的讨论，以阐明机械性能和合理设计以提高机械性能。特别强调了在高比例增强上形成的材料，以及使用自组装来构建有序结构的精准功能聚合物，并详细阐明了如何根据热机械性能和牺牲性超分子键设计软聚合物相。

2）作者专注于纳米级增强材料，例如纳米粘土和纳米纤维素，它们会导致高含量的内部界面和插层的聚合物层，这些层会经历纳米约束。这两个方面都对使用精密聚合物合成的软相大分子设计提出了基本挑战。在这些设计标准的基础上，进一步发展了自适应生物启发纳米复合材料的概念，其特性可以通过分子定义的光触发从外部切换。

3）作者最后讨论了如何在生物启发的纳米复合材料设计策略的基础上，获得新型的功能特性，特别是柔性和透明的气体阻隔材料或防火材料。此外，展示了新型的自组装光子材料，甚至可以演化成自组装激光器，从而将机械纳米复合材料设计的概念转移到其他功能上。

Francisco Lossada, et al, Self-Assembled Bioinspired Nanocomposites, Acc. Chem. Res., 2020

DOI：10.1021/acs.accounts.0c00448

https://dx.doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00448