【摘要】：貝殼由大量的CaCO_3和微量的有機(jī)質(zhì)組成的天然有機(jī)一無(wú)機(jī)復(fù)合材料,由于其具有優(yōu)異的力學(xué)性能,而受到材料設(shè)計(jì)和研究者的關(guān)注。本文綜述了貝殼生物礦化的研究進(jìn)展及其仿生應(yīng)用程度,并對(duì)腹足綱的香螺、黃米螺和粗瘤鳳凰螺貝殼的無(wú)機(jī)相組成、顯微結(jié)構(gòu)和晶體學(xué)取向以及黃米螺的力學(xué)性能進(jìn)行了分析和研究。希望為貝殼生物礦化理論的完善以及人工合成高性能的復(fù)合材料提供一定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。研究結(jié)果總結(jié)如下: 產(chǎn)自溫帶海域的香螺殼由方解石和文石兩相構(gòu)成,產(chǎn)自熱帶海域的黃米螺和粗瘤鳳凰螺均由單一的文石相組成。香螺殼除胚殼由單一的文石相構(gòu)成外,螺塔和體螺環(huán)部位都是由最外層方解石和兩層或多層文石內(nèi)層構(gòu)成,殼口邊緣只有一層方解石。方解石為柱狀結(jié)構(gòu),文石層為交錯(cuò)紋片結(jié)構(gòu)。黃米螺和粗瘤鳳凰螺的體殼都是由三層文石結(jié)構(gòu)構(gòu)成,其文石相的顯微結(jié)構(gòu)也為交錯(cuò)紋片結(jié)構(gòu)。貝殼中的方解石和文石層均呈多級(jí)超微結(jié)構(gòu),微量的有機(jī)質(zhì)在晶界和晶內(nèi)呈不連續(xù)分布。 DSC分析結(jié)果表明在一定溫度區(qū)間內(nèi)貝殼中的方解石和文石層內(nèi)的結(jié)合水脫除;不同相中有機(jī)質(zhì)降解的溫度區(qū)間不同,方解石層中的有機(jī)質(zhì)的降解溫度較文石層中的有機(jī)質(zhì)降解溫度低.貝殼中的文石相在結(jié)合水和有機(jī)質(zhì)的“調(diào)和”作用下,其相轉(zhuǎn)變溫度與天然文石相比下降了很多。 XRD分析結(jié)果表明三種海螺殼的各個(gè)層面都存在晶體學(xué)擇優(yōu)取向,而且海螺殼的晶體擇優(yōu)取向與曲率有一定的關(guān)系,曲率大的部位的文石晶體的主擇優(yōu)取向度減小。 貝殼的力學(xué)性能表現(xiàn)出明顯的各向異性。顯微硬度測(cè)試結(jié)果表明各層的顯微硬度與其組成相及顯微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。其中方解石層的硬度明顯低于文石層的硬度,二者的截面硬度值明顯高于各自的層面硬度。力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,垂直層面方向的承載能力明顯高于平行于層面方向的承載能力,平行于軸線方向(縱向)的承載能力要高于垂直軸線方向(橫向)。貝殼的力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天然CaCO_3,源于其特殊的結(jié)構(gòu),貝殼的這種優(yōu)異的力學(xué)性能與其中的微量有質(zhì)基機(jī)的存在是密不可分的。
【圖文】：

珍珠層組成的95%體積分?jǐn)?shù)是文石型碳酸鈣，其余是由蛋白質(zhì)和多糖構(gòu)成的有機(jī)基質(zhì)和水，珍珠層中文石晶體成多邊形，并且與有機(jī)基質(zhì)交叉疊層堆垛成有序的層狀結(jié)構(gòu)。圖1為雙殼類(lèi)軟體動(dòng)物的殼結(jié)構(gòu)示意圖[’3]。

和破裂能三方面進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其楊氏模量?jī)H為60一70GPa，與玻璃相當(dāng)，但其抗張強(qiáng)度和破裂能分別達(dá)到140一17OMPa和350~124OJ/m，，均遠(yuǎn)超過(guò)無(wú)機(jī)文石的特性。其變形方式如圖1一3所示[]l。根據(jù)研究結(jié)果，珍珠層優(yōu)異力學(xué)特性主要來(lái)源于以下因素:圖l一3珍珠層的變形方式F19.1·3Deofrmationofnaere1)裂紋偏轉(zhuǎn)及纖維拔出的作用。當(dāng)珍珠層沿垂直文石層面斷裂時(shí)，，由于有機(jī)基質(zhì)的強(qiáng)度相對(duì)較弱，在有機(jī)/無(wú)機(jī)界面上易于誘導(dǎo)產(chǎn)生裂紋的頻繁偏轉(zhuǎn)，造成裂紋擴(kuò)展路徑的增長(zhǎng)，從而使裂紋擴(kuò)展過(guò)程吸收了更多的能量，而且導(dǎo)致裂紋從應(yīng)力有利狀態(tài)轉(zhuǎn)為不利狀態(tài)，增大了擴(kuò)展的阻力，提高了材料的韌性。在珍珠層的形變和斷裂過(guò)程中，裂紋偏轉(zhuǎn)的同時(shí)經(jīng)常伴隨著纖維拔出作用的發(fā)生(珍珠層中的纖維是指文石板片)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類(lèi)號(hào)】：TB321

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 田甜;生物變色機(jī)制及仿生薄膜研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2690514