幾種腹足綱貝殼的結構和性能.pdf

1、自然界中一些天然生物材料的分級結構和優(yōu)異性能為復合材料和陶瓷材料的仿生設計提供新的思路，研究其結構和性能是研制仿生材料的一個最基本的前提。貝殼作為天然生物材料的一種，由于其優(yōu)異的力學性能而受到材料設計和研究者的關注。本文以大連地區(qū)特有的腹足綱的香螺貝殼及幾種熱帶海螺貝殼(唐冠螺、黃米螺和蜘蛛螺)為研究對象，通過光學顯微鏡、掃描電鏡、x射線儀和透射電鏡等儀器觀察了其無機相組成和微觀組織結構；并對這幾種貝殼中的有機蛋白質進行了提取分析；用差

2、示掃描熱分析儀(DSC)和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)對香螺貝殼粉末的熱行為進行了細致的研究；用三點彎曲、壓縮和納米壓痕等方法對香螺和唐冠螺貝殼的力學性能進行了分析，并用有限元分析的方法對其力學性能進行了初步的模擬計算。最后對交錯紋片結構的貝殼的結構和性能之間的關系進行了探討。 1.產(chǎn)自溫帶海域的香螺殼由方解石和文石兩相構成，產(chǎn)自熱帶海域的黃米螺和唐冠螺及蜘蛛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成外，螺塔和體螺

3、環(huán)部位都是由最外層方解石和兩層或多層文石內層構成，殼口邊緣只有一層方解石。方解石為柱狀結構，文石層為交錯紋片結構。黃米螺、唐冠螺的體殼都是由三層文石結構構成，蜘蛛螺由四層文石結構構成，其文石相的顯微結構也為交錯紋片結構。貝殼中的方解石和文石層均呈多級超微結構，微量的有機質在晶界和晶內呈不連續(xù)分布。 2.在對不同處理狀態(tài)貝殼的三點彎曲、壓縮和納米壓痕等力學性能實驗的對比中，發(fā)現(xiàn)在空氣中加熱后的貝殼力學性能較低，應用加熱前后貝殼文石

4、層中有機蛋白質分子和文石晶體界面處模型的變化，較好的說明了貝殼作為一種典型的天然生物材料，其性能不僅僅與貝殼獨特的微觀結構相關，與其中的有機質以及有機質和無機相之間的健合等因素也是相關的。 3.對香螺貝殼納米壓痕的結果表明文石的彈性模量和硬度要高于方解石層，貝殼的性能和微觀裂紋擴展與晶體類型以及晶體結構的排列方式是密切相關的。方解石層壓痕四周均存在裂紋，其裂紋形狀曲折、不規(guī)則且沿著方解石層的邊界擴展，不抗裂紋擴展。文石壓痕周圍平

5、直清晰，裂紋沿著其二級結構擴展。新鮮的貝殼其納米壓痕的變形功、硬度和模量要高于烘干以后的貝殼的變形功、硬度和模量，這與其三點彎曲的實驗結果是一致的。 4.采用三點彎曲、壓縮、顯微硬度、納米壓痕等幾種實驗方法表征貝殼的力學性能，對實驗結果的綜合分析后發(fā)現(xiàn)納米壓痕功與貝殼的納米硬度以及彈性模量等力學性能指標有較好的對應關系，表明納米壓痕實驗對于表征貝殼類天然生物材料的微/納米尺度的力學性能比較合理。 5.通過對不同生長期香螺