發(fā)布時(shí)間：2018-03-11 07:48

  本文選題：生物方解石　切入點(diǎn)：珍珠母　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：經(jīng)過億萬年的進(jìn)化,自然界中很多生物材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能,生物硬組織材料尤為典型,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)貝殼、牙齒、骨骼等生物材料優(yōu)異性能的機(jī)制開展了大量研究。在材料科學(xué)領(lǐng)域,有很多新材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈感源于生物硬組織,所以從生物材料入手,研究其優(yōu)異力學(xué)性能的原因?qū)π虏牧系脑O(shè)計(jì)制備具有深刻意義。貝殼等具有優(yōu)異力學(xué)性能的生物硬組織優(yōu)異性能的成因與機(jī)理,一直是學(xué)界研究的熱點(diǎn),伴隨著對(duì)其組織結(jié)構(gòu)深入研究,類貝殼仿生材料也應(yīng)運(yùn)而生。在材料制備遇到問題時(shí),從貝殼力學(xué)性能的研究作為切入點(diǎn),是十分有效的手段。本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述分析的基礎(chǔ)上,針對(duì)牡蠣殼中珍珠母結(jié)構(gòu)開展了微觀組織結(jié)構(gòu)測(cè)試與納米壓痕試驗(yàn)分析的研究,以研究其優(yōu)異力學(xué)性能的內(nèi)在機(jī)制。論文首先對(duì)材料力學(xué)性能主要測(cè)試分析手段和生物組織力學(xué)性能研究等國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述分析,進(jìn)而明確了采用納米壓痕測(cè)試技術(shù)研究開展牡蠣殼中珍珠母結(jié)構(gòu)的微觀力學(xué)性能測(cè)試分析,并研究解決了材料樣品的制備問題。本文制定了探尋生物方解石增韌機(jī)制的詳細(xì)路線,采用納米壓痕測(cè)試技術(shù)測(cè)定了生物方解石與礦物方解石的力學(xué)性能,并通過相應(yīng)分析方法計(jì)算出材料的主要力學(xué)參數(shù),對(duì)比了生物方解石與礦物方解石兩種材料在力學(xué)性能上的優(yōu)劣。隨后針對(duì)珍珠母層、礦物方解石、礦物方解石粉末的XRD分析,明確了牡蠣中珍珠母層的主要晶體結(jié)構(gòu)。本文在開展生物方解石納米壓痕測(cè)試分析的同時(shí),還采用掃描電子顯微鏡觀測(cè)了壓痕微區(qū)的微觀形貌,對(duì)比生物方解石與礦物方解石的納米壓痕力學(xué)響應(yīng)。在上述工作的基礎(chǔ)上,論文針對(duì)牡蠣珍珠母層中的有機(jī)質(zhì)成分及含量進(jìn)行了測(cè)定分析,定量分析了有機(jī)質(zhì)在生物方解石中的作用。隨后,本文進(jìn)行了力-熱耦合實(shí)驗(yàn),探究極端溫度下,生物方解石的力學(xué)響應(yīng),不同溫度下生物方解石的蠕變現(xiàn)象,對(duì)比了上述材料的能量耗散率,觀測(cè)了生物方解石進(jìn)行低溫壓痕實(shí)驗(yàn)后的殘余形貌,分析了溫度效應(yīng)對(duì)生物方解石納米壓痕力學(xué)響應(yīng)的影響,同時(shí)觀測(cè)了牡蠣殼中白堊層與角質(zhì)層的的微觀形貌。
[Abstract]:After billions of years of evolution, many biomaterials in nature have excellent mechanical properties, especially biomaterials of hard tissue, domestic and foreign scholars on shells, teeth, The mechanism of excellent performance of biomaterials such as bone has been studied extensively. In the field of material science, many new materials have their structural design inspiration from biological hard tissue, so they start with biomaterials. It is of great significance for the design and preparation of new materials to study the reasons for their excellent mechanical properties. The origin and mechanism of the excellent properties of biological hard tissues with excellent mechanical properties such as shells have always been the focus of academic research. Along with the in-depth study of its structure, shell-like biomimetic materials also came into being. When the preparation of the materials encountered problems, the research of shell mechanical properties was taken as the breakthrough point. In this paper, based on the review and analysis of the current situation of research and development in related fields at home and abroad, the microstructure of pearl mother structure in oyster shell and the analysis of nano-indentation test were carried out. In order to study the internal mechanism of its excellent mechanical properties, this paper firstly summarizes and analyzes the main methods of testing and analyzing the mechanical properties of materials and the research of biomechanical properties of biological tissues at home and abroad. Furthermore, the micromechanical properties of pearl mother structure in oyster shell were tested and analyzed by using nano-indentation test technique. In this paper, a detailed route to explore the toughening mechanism of biogenic calcite was established, and the mechanical properties of biogenic calcite and mineral calcite were measured by nano-indentation test technique. The main mechanical parameters of the material are calculated by the corresponding analysis method, and the mechanical properties of the biological calcite and the mineral calcite are compared. Then, the XRD analysis of the pearl matrix, mineral calcite and mineral calcite powder is carried out. The main crystal structure of pearl parent layer in oyster was clarified. The micromorphology of indentation microregion was observed by scanning electron microscope (SEM), while the nano-indentation test of biogenic calcite was carried out. The mechanical response of nano-indentation of biogenic calcite and mineral calcite was compared. Based on the above work, the composition and content of organic matter in oyster pearl parent layer were determined and analyzed. The role of organic matter in biogenic calcite was analyzed quantitatively. Then, the mechanical-thermal coupling experiment was carried out to explore the mechanical response of biogenic calcite at extreme temperature and creep phenomenon of biogenic calcite at different temperatures. The energy dissipation rate of the above materials was compared, and the residual morphology of biological calcite after low temperature indentation experiment was observed, and the effect of temperature on the mechanical response of biocalcite nano-indentation was analyzed. At the same time, the micromorphology of chalk and cuticle in oyster shell was observed.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB301

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