自然界中的生命体经历了数十亿年的不断演化,逐渐演变出具有机械支撑、保护和运动等功能的完美结构。因此,许多天然材料表现出优异的力学性能。例如,在人体硬组织中,力学性能较差的羟基磷灰石一维纳米结构经多尺度组装和有机体复合后,形成兼具高强度、高模量和高韧性的复合材料。此外,羟基磷灰石本身也具有优良的生物相容性、高生物活性、耐高温等优点,在多个领域具有良好的应用前景。然而,对基于羟基磷灰石的仿生组装材料的研究仍处于低维度或简单有序结构模仿的阶段,所获得的宏观组装结构材料和性能也无法与天然材料相媲美,极大地限制了羟基磷灰石材料的实际应用。其难点在于:一方面,传统的羟基磷灰石仿生组装结构难以进一步有序组装成为宏观组装体,难以实现结构上的多尺度和多级高度有序组装和调控;另一方面,难以精确调控复合相界面的结构和强度,因而难以协调材料的力学强度、刚度和韧性。针对以上问题,本论文以不同的天然结构模型为指导,以羟基磷灰石超长纳米线作为结构单元,逐步有序组装构建多尺度和多级有序结构,合成高性能仿生有序结构材料,研究所制备仿生有序结构材料的性能,并进一步探索其应用。本论文的主要研究内容包括以下几个方面:（1）微波辅助油酸钙前驱体水热法快速合成羟基磷灰石超长纳米线考虑到羟基磷灰石的长径比越大,对力学的增强效果越明显。我们发展了微波辅助油酸钙前驱体水热法,快速合成了兼具高长径比和高柔韧性的羟基磷灰石超长纳米线。在合成过程中,在油酸根碳长链的模板作用下,羟基磷灰石沿c轴取向生长,形成直径为十几纳米、长度可达数百微米的羟基磷灰石超长纳米线,并且自发地在微观尺度沿轴向有序组装成纳米线束。通过研究微波加热时间、温度、调节剂种类、溶剂种类和钙/磷比等实验条件对产物的影响,优化了羟基磷灰石超长纳米线的制备条件。与普通水热法相比,该方法具有高效、快速、节能等优势,加热时间比传统水热法缩短1个数量级以上。所合成的羟基磷灰石超长纳米线是制造高柔性新型耐火纸的理想原料,采用真空抽滤法将羟基磷灰石超长纳米线水浆料制成柔性层状结构耐火纸,羟基磷灰石超长纳米线缠绕交织形成多孔网络;经自制的无机胶黏剂增强后,耐火纸的力学性能显著提高。羟基磷灰石超长纳米线耐火纸具有耐火、耐高温、隔热、白度高、电绝缘等特性,在多个领域具有良好的应用前景。（2）浆料注射法制备仿牙釉质羟基磷灰石超长纳米线多尺度有序结构材料牙釉质中羟基磷灰石纳米棒沿着一个维度依次组装成釉柱、釉柱阵列和致密块体,因而表现出优异的力学性能。受牙釉质多尺度纳米结构有序自组装的启发,考虑到将羟基磷灰石超长纳米线有序组装起来有利于提高材料的力学性能,我们发展了一种自下而上的多级组装策略,构建了基于羟基磷灰石超长纳米线组装而成的仿牙釉质有序结构材料,实现了羟基磷灰石超长纳米线多尺度有序结构的构建:首先采用油酸钙前驱体溶剂热法合成羟基磷灰石超长纳米线,在纳米尺度羟基磷灰石超长纳米线有序自组装成纳米线束;羟基磷灰石超长纳米线浆料具有类液晶行为,可借助注射剪切力的诱导作用制备出内部高度有序的宏观有序组装结构纤维,并在此基础上通过有序调控构建羟基磷灰石超长纳米线大尺寸三维有序结构块体,从而实现羟基磷灰石超长纳米线在纳米尺度–微米尺度–宏观尺度的有序组装。所制备的大尺寸三维有序结构块体经有机物复合增强后,力学性能大幅提高（压缩模量为原结构的28倍）,而且具有良好的生物相容性。研究发现,在外力作用过程中,两相间的弱结合有利于应力传递,可提高材料的力学性能。与传统的仅在微观尺度上具有有序结构的材料不同,该方法合成的仿牙釉质有序结构材料可在厘米级尺寸实现内部结构高度有序。此外,该方法适用范围较宽,通过调控和改变有机物种类,可以制备出形状多样、结构可调且性能优异的仿牙釉质有序结构材料,在牙齿修复等生物医学领域具有良好的应用前景。（3）多级组装构筑基于羟基磷灰石超长纳米线的高强高韧“纤维板-泥”仿生有序结构材料受坚韧的珍珠母“砖-泥”结构启发,我们在基于羟基磷灰石超长纳米线的仿牙釉质多尺度有序组装结构的基础上,将多尺度有序结构羟基磷灰石超长纳米线压制成“纤维板”,并设计构建了新颖的“纤维板-泥”多级有序结构材料。该材料弯曲强度达308 MPa,刚度为35 GPa,韧性为4.17 MPa·m1/2,远优于已报道的羟基磷灰石–有机复合材料和许多天然及合成材料。该材料的密度低（轻质）,使其具有超高的比强度和比韧性,其结构和力学性能优势明显。研究表明,该材料表现出牙釉质和珍珠母的强化和增韧机制:纤维板内有序排列的羟基磷灰石超长纳米线可有效传递应力,避免应力集中;羟基磷灰石超长纳米线与有机相良好复合并通过键合作用,在纳米尺度形成适中的界面强度以增加羟基磷灰石超长纳米线束拔出所需克服的粘结力和摩擦力;同时层状结构使载荷过程中界面发生剥离,偏转裂纹方向,延长裂纹扩展路径。此外,该材料还展现出良好的抗冲击能力、阻尼性能和耐久性,在生物医学和安全防护等领域具有良好的应用潜力,可拓展羟基磷灰石材料的应用范围。（4）基于羟基磷灰石超长纳米线的仿生多功能“纤维板-泥”有序结构高强柔性水凝胶水对生命体至关重要,水在生命体内参与物质的运输等,能赋予生物组织多种功能。受此启发,在“纤维板-泥”多级有序结构的基础上,制备出羟基磷灰石超长纳米线-聚丙烯酸有序结构高强柔性水凝胶,该水凝胶表现出优异的性能,可拓展羟基磷灰石超长纳米线基“纤维板-泥”有序结构材料的应用。得益于“纤维板-泥”有序结构的优势,所制备的水凝胶表现出高强度和良好的柔韧性。尽管水凝胶内部含有大量的水,但由于羟基磷灰石超长纳米线与聚丙烯酸之间的键合作用,依然可以维持高力学强度。该水凝胶的含水量、力学强度和杨氏模量均可达到人体软骨的级别,优于许多已报道的水凝胶材料。该水凝胶在拉伸断裂过程中出现大量的羟基磷灰石超长纳米线断裂、纳米线拔出、纳米线粘连与变形、孔道破裂和裂纹桥等典型的能量耗散行为,使水凝胶在强键合作用情况下仍能有效避免应力集中,兼具高强度和高韧性。此外,该水凝胶的成分和结构可调控,通过掺杂功能性离子和控制注射程序可以设计有序结构的功能区域,制备出多功能“双面神”结构水凝胶,以满足不同应用的需求。该水凝胶内部具有丰富的有序孔道,在分子和重金属离子吸附以及离子定向输运等方面具有良好的应用潜力。