分級結(jié)構(gòu)是生物體最顯著的特征，分級結(jié)構(gòu)又包括兩類，第一類為宏觀結(jié)構(gòu)與微觀結(jié)構(gòu)具有相似性的分級結(jié)構(gòu)，典型的如毛發(fā)、骨骼，這種從納米到宏觀的分級結(jié)構(gòu)具有典型的分形特征。第二類為層狀分級材料，典型的如海洋貝類的殼體，貝殼為有機/無機的層狀結(jié)構(gòu)，骨骼骨密質(zhì)與骨松質(zhì)的梯度分布，以及竹材、木材增強纖維的梯度分布等。 我們在新材料的設(shè)計和新的表面改性技術(shù)開發(fā)的時候，以天然生物材料作為我們仿生設(shè)計的藍本。天然生物材料其結(jié)構(gòu)的精巧是人工材料所無法比擬的，要想人工合成與天然生物材料結(jié)構(gòu)相似的材料，就要實現(xiàn)在納米尺度之上的材料的自組裝，隨著仿生材料科學(xué)及納米技術(shù)的不斷發(fā)展，與其它交叉學(xué)科諸如醫(yī)學(xué)、化學(xué)、物理、電子等交叉融合不斷深入，人類在實現(xiàn)納米尺度上的自組裝將會變成現(xiàn)實。  

 

天然生物材料大多是復(fù)合材料，它們具有分級、有序的特征。有序性是從分子到納米、微米和宏觀層次，最終在不同層次上形成不同的分級結(jié)構(gòu)。天然生物材料的梯度結(jié)構(gòu)是生物分級、有序特征的一種表現(xiàn)形式，這種分級結(jié)構(gòu)使生物材料顯示出了良好的機械性能，在保持較高的強度的基礎(chǔ)上，材料的韌性得到改善。 

 

整體結(jié)構(gòu)是一個由基部向上直徑逐漸遞減的圓錐形空心結(jié)構(gòu)，每隔幾厘米至幾十厘米 有一個竹節(jié)，由節(jié)的橫隔壁組成一個縱橫關(guān)聯(lián)的整體，宏觀上呈現(xiàn)直徑遞減梯度結(jié)構(gòu)。  

 

決定材料力學(xué)性質(zhì)的主要成分，纖維管束為增強相，且是長纖維增強，分布在纖維管 束之間的薄壁基本組織起著緩沖作用，增強了竹材的彈性和韌性。纖維管束在竹材表面分布密集，而到竹材里層則漸漸稀疏，竹材纖維管束的梯度分布使竹材表面具有良好的耐磨性，縱向具有較好的韌性，整體呈現(xiàn)較好的強韌性。  

 

竹材的拉伸強度和密度曲線、楊氏模量、彎曲強度和壓縮曲線的變化趨勢和拉伸強度類似。這些性能都是在竹干的竹青部分有最高值，然后沿著厚度方向逐漸降低。纖維管束在竹材表面分布密集，而到竹材里層則漸漸稀疏，竹材纖維管束的梯度分布使竹材表面具有良好的耐磨性，縱向具有較好的韌性，整體呈現(xiàn)較好的強韌性。