仿生科学研究中心

●中心概况

仿生科学研究中心依托北京航空航天大学江雷院士团队，在国务院、教育部提倡大力发展有重大需求的交叉学科的总体背景下，汇集化学学院在教学、科研、人才以及仿生领域的先导地位等优势而筹建的前沿交叉创新研究中心之一。中心主要面向国家重大战略需求和世界科技前沿，围绕仿生材料与界面科学这一前沿交叉领域，产生一系列多学科交叉的原创性科学与技术，在仿生智能界面材料的基础研究方面取得原创性的基础理论研究成果。同时，在仿生轻质高强复合材料的制备方面做出重大技术创新，解决航空航天等领域应用的技术瓶颈，满足经济社会发展和国防建设的重大需求。中心旨在增进世界各国仿生学者之间的学术交流与合作，推动仿生领域科学研究的发展，提升人才的培养教育水平，汇集了国内外仿生科学领域的知名学者，引领国际仿生科学领域的发展前沿，有力推动北航化学、材料、机械、能源动力等学科建设，使北航在仿生及交叉学科持续保持世界前沿的优势地位。

●团队建设

中心目前研究院构建了以院士、国家领军人才及国家青年人才为集群的科研团队，建设成具有国际领先的航空航天特色的仿生智能科学与技术的创新平台，产生系列具有国际影响力的原创性科学与技术，在国际顶级期刊Nature、Nature子刊，Science子刊等发表多篇学术论文，并承担了国家级重大项目、国防先进工业技术等重大项目。

中心专业研究队伍，包括固定人员总人数7人。其中包括中科院院士1名，教授3名，副教授3名。其中国家杰出青年科学基金获得者1名，国家优秀青年科学基金获得者一名，另外还与北航及中科院多家单位科研人员有密切交叉合作，实验室共计10余名流动人员积极参与日常科研工作。

●研究方向

中心立足“理科”，面向国家重大需求，有明显“理工交叉”特色，将从学科发展，人才发展，原创突破性重大研究成果等方面对学校发展发挥积极作用。该中心将立足国家航空航天与国防事业的前沿基础研究，重点围绕仿生智能界面材料的微纳制造、限域流体行为及其在光电器件、信息，传感等领域的应用，面向航空航天及海洋装备的功能涂层，以及相关的理论模拟等四大研究方向进行布局，力争建成国际一流的仿生材料特色实验室。培养一批领域内活跃的青年人才，为北航建设成为具有航空特色的一流国际大学做出自己的贡献。

●研究方向布局

(1）仿生功能力学材料

自然界中的生物组织利用多组分生物大分子的协同作用实现多种生命学功能。针对传统功能高分子材料高力学性能与多功能性难以兼顾的禁锢，通过限域空间内高分子聚合、结晶及链运动调控，制备了一系列高力学性能弹性体及纳米复合材料，并开展了其在软体机器人、柔性传感及生物医用的交叉应用。

(2）仿生智能界面材料的微纳制造

从仿生角度出发，揭示自然界中具有特殊流体行为的生物体的微观结构与特殊动态浸润行为之间的构效关系，建立结构模型，为仿生加工制备提供依据。重点是多级次、多尺度、多重非对称的特征结构(包括尺度、取向、密度)对流体的限域调控行为，以及小尺寸结构、空间对流体的限域调控行为，揭示界面物化机制。利用多种精密微纳制造的方法构筑具有特征结构的一维纳米线／纤维，二维微纳复合结构，三维异质软物质界面。涉及的材料体系包括金属，无机氧化物，高分子复合材料。在此基础上，和增材制造团队进行交叉与合作，探索特殊流体功能材料的宏量及大尺度可控制备。

(3）限域流体行为及其在光电子、信息、传感等领域的应用

流体的可控输运，是溶液法制备图案化薄膜，实现高性能薄膜器件的核心过程，广泛应用于各种光电薄膜器件，包括有机场效应晶体管，柔性透明电极，以及照明和显示器件等。器件核心功能层图案化薄膜的微观结构是决定器件性能的关键。如何精准调控微观结构成为溶液法制备图案化薄膜的前沿挑战课题。

电学、力学、磁学等传感器件是未来智能化机械设备、高精度机床及智能机器人等高端工业设备必不可少的元器件，传感器的灵敏度和精确度决定了设备性能。发展高灵敏度的小／微型化的传感器件是当前的主流，这要求传感器集成的同时具备优异的性能，更好的物理结构设计，以及更优秀的数据采集分析系统，这就需要同时集合化学、物理以及信息学等多方面的共同支撑。

我们将围绕限域液桥诱导制备一维传感阵列开展系统研究。探索在微纳尺度控制流体浸润行为的新方法，研究微纳结构的组装机制，调控／优化尺寸、几何构型和集成度。为当前高性能传感器件的精密制造提供解决方案。

（4）面向航空航天及海洋装备的功能表面

减阻技术在管道运输、海洋工业、航空航天等领域有重要应用，由于阻力造成的材料损耗、能源浪费、军事安全问题十分严重。传统减阻技术有聚合物添加剂减阻、射流表面减阻等，具有污染大、高耗能等缺点。自然界中很多低阻力的生物表面，如鲨鱼、海豚、企鹅、猪笼草、荷叶等，实现仿生制备，开发低能耗、环境友好的高效率减阻技术具有重要的意义。我们将围绕仿生制备高效减阻表面开展系统研究。研究生物表面减阻机理，开发新型仿生减阻技术，发展绿色低能耗的高效减阻技术，预期实现减阻性能大幅超过现有技术，并推广应用于海洋装备、航空航天装备中。

●发展目标

1.极端条件仿生超浸润界面构筑：发展仿生超低温防冰、高温超疏抗粘附技术，为解决空天飞行器的关键界面问题提供新的思路。

2.仿生限域界面物质合成：瞄准航空、航天等领域内的电磁屏蔽、隐身等技术瓶颈，着力发展制备批量化轻质高强功能复合材料的化学创制新技术。

3.仿生能量转化与传输：以解决航空发动机、芯片、无人系统中的关键技术瓶颈为攻关目标，开发高效冷却、高效能源存储和转换材料的化学调控新技术。

●联系方式

姜翔宇 （jiangxy@buaa.edu.cn）