生物体是人类获取新型材料设计灵感的宝库。经过亿万年的进化，生物体中形成了许多高度有序且功能复杂的的组织和结构，带来许多的有趣的生物学效应。生物结构通常以自下而上的自组装方式形成，具有多层级优化、多尺度协同、多成分复合、动态演化、智能响应与修复性等特征。特别是力学与光学材料，以其廉价而高性能。本课题组致力于发掘并探究生物体中的优良力学与光学结构，模拟生物分子自组装方式，建立人工自组装纳米材料制备方法对其重现生物结构，构建新型仿生材料。

图1 仿生光学材料及应用范畴

1.液晶及嵌段共聚物自组装

三周期极小曲面结构（Triply periodic minimal surfaces, TPMS）以无限且非自相交的周期性曲面为特征，是自然界最复杂的介观组装结构之一，其广泛存在于诸如蝴蝶翼鳞、昆虫鞘翅以及海洋棘皮动物骨架中，成为这些生物体优异力学性能及光学性能的关键。通过人工模拟并重现TPMS结构，可获得一系列性能优异的人工材料如超强力学材料，超导材料以及三维光子晶体材料等。本课题组通过分析TPMS与双连续液晶的结构相似性，设计了嵌段共聚物与小分子表面活性剂的二元组装合成体系，合成了结构大幅可调的双连续液晶模板，重现了具有优良性能的仿生三周期极小曲面结构。

图2 嵌段共聚物/表面活性剂双组装体系构建双连续液晶三周期极小曲面结构

2.仿生光学及力学结构

布利冈结构是生物中有趣的螺旋层板结构，不仅具有极强的抗冲击性能和强度韧性，也是诸多生物优良光学性质的直接原因。基于布利冈结构与胆甾相液晶的结构相似性，本课题组在利用天然分子胆甾相液晶合成了仿昆虫背壳布利冈光学材料方面进行了一列探索，获得了一系列功能各异的如仿生光栅、仿生光子晶体的新型压感响应性材料以及宽波反射材料等光学材料。

图3 基于胆甾相液晶自组装的系列仿生光学结构