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为解决传统陶瓷脆性及高温制备问题，研究人员开展仿生陶瓷研究，实现室温致密化，推动先进功能陶瓷发展。
陶瓷在人们生活、高科技产业和现代国防中至关重要，它具有高熔点、高硬度、优异的耐磨性、抗氧化性、低导热性和导电性等显著特性。然而，陶瓷材料的制备方法通常需要在 1000°C 以上的高温下烧结，这不仅消耗大量能源，还会造成严重的环境污染。因此，在室温或低温下制备功能陶瓷极具吸引力。
自然界中的一些生物结构材料将无机硬成分和有机软成分结合在一起，并在环境条件下从纳米尺度到宏观尺度进行组织，以实现各种复杂的生物功能和生物结构。例如，珍珠母和牙釉质的多尺度分层结构具有出色的机械强度和韧性；鱼鳞、龙虾爪和昆虫壳中的 Bouligand 结构使其展现出卓越的机械性能和独特的结构色。受天然生物陶瓷多尺度结构的启发，在室温下制备仿生陶瓷材料是一项创新技术，它颠覆了陶瓷需高温烧结的传统，充分利用了生物材料的优势，有助于开发更高标准的新型功能陶瓷材料。
传统陶瓷是通过高温驱动原子扩散，经高温天然或合成烧结形成的多晶材料。但陶瓷晶界处的孔隙和杂质会引发裂纹，导致陶瓷在外力作用下内部易碎。与由纯无机矿物组成的陶瓷不同，生物体牺牲部分无机相，引入少量有机物，形成多尺度有序的生物陶瓷，且其机械性能不仅未明显降低，韧性反而大幅提高。典型的生物陶瓷是珍珠母，它色彩亮丽、材料性能优异，主要由无机矿物（95% 文石，按体积计算）和少量有机基质（1% - 5%β - 甲壳素和丝心蛋白，按体积计算）组成。由于珍珠母的多尺度砖石结构，它具有非凡的损伤容限。在分子层面，β - 甲壳素 / 丝心蛋白与自由离子结合形成稳定的有机 - 无机复合前体，在纳米尺度形成介观文石片。纳米颗粒之间的有机物以及文石纳米片之间的界面能在高张力下抵抗较大的压力或应变。此外，由层间有机层填充和连接的文石微板可形成泰森多边形图案，在甲壳素的连续有机骨架中完全互连，从而形成宏观的珍珠母。因此，珍珠母的强度和韧性归因于其形成过程中的几个关键因素，包括有序的微观结构、界面连接以及蛋白质和离子的调控，这些对室温下陶瓷的制备意义重大。
常规制备技术，如自组装、层层技术和三维打印，只能简单模拟生物结构材料的单一特征。但天然生物陶瓷的最佳协同性能并非简单的材料堆积。要设计出性能等同于甚至优于天然珍珠母的仿生陶瓷，需系统结合珍珠母的关键因素和陶瓷形成过程，包括（a）形成有序的微观结构，（b）层间的界面耦合，（c）合适的驱动力，如温度和压力。
冷冻铸造和热压技术的结合常用于制备块状材料。二维纳米材料可通过定向冷冻诱导组装巧妙地形成类似珍珠母的层状微观结构。通过控制温度和压力最终可驱动致密仿生珍珠母的形成。不过，在室温下实现陶瓷的致密化仍颇具挑战。Tang 等人通过设计一系列矿物前体的低聚物解决了这一难题。通过界面交联（有机 - 无机低聚物前体）和压力，在室温下快速致密化制备出具有透明性甚至弹性的仿生陶瓷。通常，生物结构材料的形成过程虽在室温下，但往往处于环境压力。受珍珠母各种界面耦合方式（矿物桥、无机矿物突起、有机粘合剂等）的启发，Cheng 等人利用氢键、共价键、离子键和 π - π 键桥接有机和无机相之间的界面，显著降低了孔隙率，在室温和环境压力下实现了类似珍珠母材料的快速致密化。自然生物体的生长过程是典型的增材制造过程。因此，通过微增材制造可实现功能可调的仿生材料。通过调整多种有序微观结构和界面耦合，可高效制备厚度可控的仿生分层陶瓷。所以，微观结构、界面、温度和压力等因素的协同组合，能推动功能类似甚至优于目标天然类似物的仿生陶瓷的发展。
现有仿生陶瓷制备技术显著提高了材料的韧性，部分解决了结构 - 功能一体化问题。但它们仍面临极端机械强度低、大规模生产困难和环境耐受性不足等挑战。已有的研究成果将指导人们开发与低温或室温下先进陶瓷设计相关的技术。未来的创新应充分了解天然生物材料的多尺度结构，利用微观结构、界面、温度和压力的协同效应，通过严格调控形态、结构、功能、外观和力学性能构建合成分层结构，优化其在各种应用中的性能。
仿生陶瓷未来将在众多领域广泛应用。尤其在航空航天和精密仪器领域，仿生陶瓷表现出优异的阻尼性能和良好的断裂韧性，适合用于承载和减振。在医学领域，仿生陶瓷具有出色的生物相容性和化学稳定性，可应用于牙齿、骨骼和关节的修复与置换。此外，由于其重量轻、强度高和环保等特点，仿生陶瓷在智能建筑材料领域也将发挥重要作用。
