仿生材料：
仿生材料指模仿生物的各種特點或特性而開發的材料。通常把仿照生命系統的執行模式和生物材料的結構規律而設計製造的人工材料稱為仿生材料。仿生學在材料科學中的分支稱為仿生材料學(biomimeticmaterialsscience),它是指從分子水平上研究生物材料的結構特點、構效關係,進而研發出類似或優於原生物材料的一門新興學科,是化學、材料學、生物學、物理學等學科的交叉。
地球上所有生物體都是由無機和有機材料組合而成。由糖、蛋白質、礦物質、水等基本元素有機組合在一起,形成了具有特定功能的生物複合材料。仿生設計不僅要模擬生物物件的結構,更要模擬其功能。
將材料科學、生命科學、仿生學相結合,對於推動材料科學的發展具有重大意義。自然進化使得生物材料具有最合理、最優化的巨集觀、細觀、微觀結構,並且具有自適應性和自癒合能力。在比強度、比剛度與韌性等綜合性能上都是最佳的。
從20世紀60年代正式提出仿生學的概念起，仿生學作為乙個學科被正式提出。自20世紀80年代以來，生物自然複合材料及其仿生的研究在國際上引起了極大重視，目前正在逐步形成新的研究領域，即仿生複合材料。組成生物自然複合材料的原始材料(成分)從生物多醣到各種各樣的蛋白質、無機物和礦物質，雖然這些原始生物材料的力學性質並不好，但是這些材料通過優良的復合與構造，形成了具有很高強度、剛度以及韌性的生物自然複合材料。
分類：仿生材料包括天然生物材料，如結構蛋白，生物復合纖維，軟組織等，另外為人造生物醫用材料，包括一些人造器官，人體組織材料等。
特性：1）生物材料的復合特性
大多數複合材料的優良效能是通過基體、增強材料和介面的復合來保證的。現存的生物結構大都符合環境的要求，並成功地達到了優化的水平。植物的細胞和動物的骨骼均可視為生物材料的增強材料，如骨骼、象牙和龜殼的膠原纖維、竹子的維管束以及木材的木纖維等。
在有關的因素中，增強材料的體積分數、厚度和取向等均與生物材料的強度、剛度和韌性密切相關。
2）生物材料的功能適應性
生物材料的複雜性是長期自然選擇的結果，是由功能適應性所決定的。
3)生物材料的創傷癒合
生物體的顯著特點之一是具有再生機能，受到損傷破壞之後能自行調節使創傷癒合。例如樹木和骨的創傷癒合，就是最好的證明。
代表性應用例項：
仿生材料設計：陶瓷材料的脆性和增韌一直是研究的熱點問題之一，也是陶瓷材料得到廣泛應用的關鍵問題之一。現在人們提出長纖維或晶須增韌補強、顆粒瀰散強化、相變增韌等多項強韌化措施，也取得了積極的成果，但是這些措施很有限，沒有從本質上解決陶瓷材料的脆性問題。
貝殼珍珠層通過簡單組成和複雜結構的精妙組合獲得了優良的綜合性能在珍珠層中，報石含量為99，以蛋白質為主的有機質不到1%。正是這些有機質將不同尺寸的報石晶元按特殊的層狀結構構成了這種複合材料，其斷裂韌性比純報石高出3000倍以上。由此得到啟發，可以用簡單的成分進行複雜的結構組合，改變以前複雜成分簡單結構的設計思想，這樣更可以提高材料的效能。
陶瓷材料的這種仿生結構設計，在很大程度上能改善陶瓷材料的脆性本質，為陶瓷材料的強韌化提供了一條嶄新的研究和設計思路。設計時可以考慮:①簡單組成，複雜結構;②引人弱介面層，使裂紋在弱介面層中消耗大量的斷裂能;③採用非均質設計，精細結構。
黃勇等用基體陶瓷層(如四氮化三矽)模擬報石晶元，弱介面層(氮化硼)模擬有機質層製備的纖維獨石結構陶瓷的斷裂韌性高達24mpa耐斷裂功高達4000j/m2以上。根據對珍珠層進一步的研究，我國學者還設計了從芳綸纖維增強環氧樹脂疊層仿珍珠層複合材料。
分子自組裝：與人工合成生物材料相比, 自然界廣泛存在的天然生物材料常常具有人工材料無可比擬的優越性能。例如:
迄今為止再高明的材料學家也做不出具有高強度和高韌性的動物牙釉質, 海洋生物能長出色彩斑斕、堅固又不被海水腐蝕的貝殼, 天然骨具有高度複雜的多級結構。事實上, 漫長的生命演化過程可以看作是乙個分子進化、分子自組裝進化和作為動植物機體的基石天然生物材料的長期選擇、更新和自我優化的過程。因此, 許多天然生物材料內部結構之精細, 有機和無機分子間相互組裝所形成的多級結構之巧妙,能在無機和有機兩種組分的性質有極大差別的情況下組建出具有特定功能又非常可靠的介面。
如此等等, 都是對當今材料科學與工程的挑戰。目前已有一些學者採用分子自組裝方法仿生製備功能材料。
材料仿生的智慧型化：自組裝就是近年來發展起來的借鑑於生物學現象及其原理的新科學領域, 是一種普遍存在於生命體系中的現象。大量複雜的、具有生物學功能的超分子系統(蛋白質、核酸、生物膜、脂質體等) 正是通過分子自組裝形成的。
目前已有用生物分子將奈米晶和奈米管裝配起來的研究。
光催化材料：
光催化材料是指通過該材料、在光的作用下發生的光化學反應所需的催化劑，世界上能作為光催化材料的有很多，包括二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、二氧化鋯、硫化鎘等多種氧化物硫化物半導體。近年來，通過光催化材料降解汙染物是一種節能、高效的綠色環保新技術。它在廢水處理、空氣淨化和飲用水的除臭，殺菌防霉等方面都有重要作用。
2023年日本的fujishima和honda[1]首先報道了用ti02作為光催化劑分解水製備氫氣，這一開創性的工作標誌著光電現象應用於光催化分解水製氫研究的全面啟動，此後光催化材料引起了人們的廣泛關注。近十幾年來，光催化材料在環境治理、新能源開發、有機合成等領域日益受到重視。目前廣泛研究的光催化劑大多數都屬於寬禁帶n型半導體化合物，如cds、sn02、ti02、zno、zns、w03。
其中ti02因其化學性質穩定，光照後不發生光腐蝕，對生物無毒性，**豐富，氧化還原性強等優點成為當前最有應用潛力的一種光催化劑。
影響光催化反應的關鍵因素：對於光催化原理, 目前人們普遍採用半導體能帶理論來解釋: 當入射光能量等於或高於半導體材料的禁帶寬度時, 半導體材料的價帶電子受激發躍遷至導帶, 同時在價帶上產生相應的空穴, 形成電子空穴對; 光生電子、空穴在內部電場作用下分離並遷移到材料表面, 進而在表面處發生氧化- 還原反應。
光催化反應較為複雜, 受諸多因素制約, 這些影響因素可以大致歸為兩類: 一類是光催化材料本身的光生載流子激發、分離、輸運行為; 另一類是制約光催化反應發生的多相介面作用行為。對於前者, 光生載流子激發要求光催化材料具有合適的能隙, 現有研究表明,摻雜、敏化、形成復合半導體以及能帶設計等諸多手段均可使寬頻隙半導體實現可見光激發。
對於光生載流子分離, 擔載合適的助催化劑和形成異質結可以有效地提高光生載流子的分離效率。
分類：氧化物半導體、氮氧化物半導體、硫化物半導體以及相應的固溶體光催化材料。
在氮氧化物體系中,由於n與o雜化所形成的2p軌道能級要高於o的2p軌道能級,因而氮氧化物的價帶電勢比對應的氧化物的價帶電勢要高,從而縮小了禁帶寬度,促使其對可見光具有吸收。氮氧化物光催化材料一般具有合適的導價帶位臵,因而在光催化分解水製氫和環境淨化方面均具有巨大的應用潛力。
硫化物作為一類光催化材料具有合適的帶隙和良好的光催化分解水產氫活性。
存在問題及未來發展方向 ：作為新功能材料，它也存在著一些侷限性，例如：催化效率不高，催化劑產量不高，部分催化劑中含有有害重金屬離子可能存在汙染現象。
目前高效光催化材料開發尚存在以下主要問題:1. 由於對光催化機理的認識尚不夠深入, 使得新型光催。
化材料的開發缺少理論指導, 具有盲目性; 2.光催化作用體系屬於非勻相催化體系, 涉及多相表面、介面的作用行為, 然而, 目前對光催化體系的介面問題還未引起足夠的重視。
光催化材料的應用
抗菌陶瓷塗覆有tio2奈米膜的抗菌瓷磚和衛生陶瓷在日本已進行了工業化生產。主要用於醫院、食品加工等場所，但抗菌效果受到了光源條件的限制。為了充分利用室內的太陽光和弱光，人們又積極開發了新型的抗菌陶瓷。
抗菌玻璃奈米tio2薄膜塗覆於玻璃（如日用玻璃器皿、平板裝飾玻璃等）表面，可製成有殺菌功能的玻璃製品，廣泛應用於醫院、賓館等大型公共場所。
汙水中通常都含有細菌病毒、懸浮物、泥沙、鐵鏽等汙染物。傳統的汙水處理方法僅能處理一些濃度較低的汙染物，而對濃度較高且難以轉化的汙染物的淨化存在成本高、效率低、產生二次汙染等問題，有時甚至無法處理，為此光催化奈米技術的發展和應用很可能徹底解決這一難題，使一些難降解的汙染物轉化為h0和co2等對環境無害的化合物。
tio2作為空氣淨化材料可有效地降解室內外有機汙染物，氧化除去大氣中氯氧化物、硫化物以及各類臭氣等，還可有效地降解室內有害氣體如裝飾材料等放出的甲醛及生活環境中產生的甲硫醇、硫化氫、氨等。
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