天然复合材料—贝壳

ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2001年第41卷第4 5期2001,V o l .41,N o .4 511 5941247,62贝壳珍珠层及仿生制备研究李恒德,　冯庆玲,　崔福斋,　马春来,　李文治,　毛传斌(清华大学材料科学与工程系,北京100084)收稿日期:2000211225基金项目:国家自然科学基金资助项目(59832070)作者简介:李恒德(19212),男(汉),河南,教授。

摘　要:将材料科学与生命科学相结合,对于推动材料科学的发展有重大意义。

在对珍珠层晶体结构的研究中,发现珍珠层中文石单晶间存在一定的取向关联。

通过对裂纹形貌的观察,发现裂纹偏转、纤维拔出以及有机基质桥接是珍珠层增韧的3个主要机制,其中有机基质起到了很重要的作用。

根据此结构原理仿生制备了金属 陶瓷多层膜,对其超硬现象进行了研究。

进一步进行了以自组装方法在钛表面镀磷酸盐的研究,探讨了在变动的有机模板调制下无机材料的仿生合成机理。

制备出具有纳米量级的层状介孔氧化锰材料。

关键词:珍珠层;仿生;多层膜;介孔材料中图分类号:TB 39文章编号:100020054(2001)0420041207文献标识码:AB iom i m etic research ba sed on thestudy of nacre structureL I Hengde ,FENG Q ing ling ,CU I Fuzha i ,MA C hunla i ,L IW e nzhi ,MAO Chua nb in(D epart men t of M ater i als Sc ience and Engi neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na )Abstract :　It is very i m po rtant fo r the developm ent of m aterial sciencetocom bine m aterial science w ithlifescience .T heinvestigati ons of crystal structure of nacre from bivalve shell w ere done and it is p ropo sed that there is a dom ain structure of crystal o rientati on in the nacre .F rom the crack mo rpho logies,it is found that the crack deflecti on,fibre pull 2out and o rganic m atrix bridging are the th ree m ain toughening m echanis m s acting on nacre .T he o rganic m atrix p lays an i m po rtant ro le in the toughening of this bi o logical compo site .A cco rding to the structure m echanis m artificial m icro 2assem bly m etal titanium carbide (T i C )m ultilayered thin fil m s w ere synthesized and it w as found that mo st of the m ulti p layer hardness w as greater thantherule 2of 2m ixture values .T hebi om i m etic m echanis m of ino rganic m aterials is discussed under m ediati on of variable o rganic temp lates and coating of pho sphates on titanium surface by self 2assem bling m ethod w as studied .M anganese oxide nano scale m esophases w ith a layered structure are successfully p repared .Key words :　nacre;bi om i m etics;m ultilayer;m esopo rous m aterial 在长期进化的过程中,生物设计和制备了最适合自己使用的材料。

贝壳的结构与应用的研究现状作者：崔童来源：《河北渔业》2019年第07期摘;要：我国的贝壳资源十分丰富，但囿于技术等问题，利用率一直较为低下。

为此，对贝壳的成分、结构进行了介绍，并由此引申出其相关特性，同时，综合相关研究，列举了贝壳在作为吸附剂、杀菌剂、催化剂和用于功能材料等方面的应用，对贝壳的资源化利用提出建议。

关键词：贝壳;结构;应用贝类即软体动物，全球约有十二万种，是动物类的第二大门，与人类有极其密切的关系，具有巨大的食用、药用及观赏价值。

中国是水产养殖第一大国，而贝类产品产量仅次于鱼类，且产量逐年增加，并在不断向现代化方向发展。

2016年，我国水产养殖总产量为5 142.39万t，其中贝类产品总产量达到1 447.36万t，占水产养殖总产量的28.15%[1]。

目前，我国正在着力发展滩涂贝类养殖，以利用宝贵的沿海滩涂资源。

目前，我国对贝类资源的利用基本局限于贝肉，而对于质量百分比超过80%的贝壳，利用措施并不系统、完善。

因此，随着贝类产量的迅猛增加，废弃贝壳的利用问题也随之出现。

这些废弃的贝壳，往往被倾倒堆积，不仅占用了土地资源，还往往会引起蚊虫的孳生并产生恶臭，对环境有着巨大的危害。

贝壳的利用是目前制约贝类产业发展的重要因素之一。

作为一种天然的生物资源，贝壳拥有非常高的利用价值。

如果充分利用好贝壳资源，不仅可以解决污染等问题，还可以实现资源的利用最大化与生产的良性循环，促进贝类产业的可持续发展。

因此，贝壳资源的利用问题亟待解决。

1;贝壳的结构与特性贝壳主要由95%左右的CaCO3与5%左右的贝壳素构成，其中贝壳素又包括多种不溶性多糖几丁质、不可溶蛋白和可溶性蛋白[2]。

除此之外，贝壳还含有少量K、Na、Mg、Fe、Zn、Se元素的无机盐[3]。

贝壳的结构由外向内一般可分为三层：角质层（壳皮）、棱柱层（壳层）和珍珠层（底层）。

其中，贝壳中大部分的有机高分子物质都存在于角质层，而棱柱层与珍珠层则主要由无机成分构成。

贝壳在仿生材料中的应用研究进展
杨海月;何得雨;赵新艳;张光明;赵鑫;王成毓
【期刊名称】《广东化工》
【年(卷),期】2015(42)8
【摘要】贝壳是一种天然的有机一无机层状复合材料,独特的多尺度、多级次“砖一泥”组装结构赋予其优异的机械性能,文章综述了贝壳的表面形貌、角质层、珍珠层结构三方面的特点及机制.概述了基于各方面仿生材料近年来的研究进展,同时提出一些看法和思考.
【总页数】2页(P16-17)
【作者】杨海月;何得雨;赵新艳;张光明;赵鑫;王成毓
【作者单位】东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040
【正文语种】中文
【中图分类】TB39
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5.仿贝壳珍珠母层仿生结构设计与抗冲击性分析 [J], 祝子浩;史金飞;杨柳;薛宇昊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

贝壳——天然符合材料高分子092班林尤琳 56701109061 在海边，我们经常看到各式各样精美的贝壳，也常常为它们的坚硬而感叹，却从来没想到过它是天然的复合材料。

贝壳的主要成分为95%的碳酸钙和少量的壳质素。

一般可分为3层，最外层为黑褐色的角质层（壳皮），薄而透明，有防止碳酸侵蚀的作用，由外套膜边缘分泌的壳质素构成；中层为棱柱层（壳层），较厚，由外套膜边缘分泌的棱柱状的方解石构成，外层和中层可扩大贝壳的面积，但不增加厚度；内层为珍珠层（底层），由外套膜整个表面分泌的叶片状霰石（文石）叠成，具有美丽光泽，可随身体增长而加厚。

软体动物的贝壳珍珠质是由文石板片(CaCO3)晶体以及少量填充在板片之间的有机质组成的一种天然的复合材料．其文石板片与有机基质交替叠层排列的微结构以及文石晶体的结晶学取向是珍珠层具有优异的力学性能的重要原因之一.如鲍鱼壳，在普通的显微镜下面，十字切开的鲍鱼壳看上去是由一层层厚度只有大约０．２毫米的碳酸钙组成的。

不过在提高显微倍数后，可以看到每一层碳酸钙又是由更多的每层厚约半微米的层状结构组成的。

这些薄层由一排排头尾相接的微型碳酸钙“砖块”组成，并由一种有机糖蛋白胶将它们固定。

像砌成花园围墙的砖头一样，这些薄层是互相错开的，每块“砖”码放在另两块头尾相接的“砖”上面。

海螺壳的结构更加精细：一排排的微型“砖块”以人字形排列。

当物体（例如饥饿的海獭掀起的岩石）撞击贝壳时，贝壳上可能会出现穿透数层微型“砖块”的直线状裂痕。

不过这种破坏最终会由粘住“砖块”的有机胶所化解。

裂痕可能会继续存在，但它的位置沿胶粘层有了改变，其宽度也比原先变窄了。

这个过程一直继续到碰撞的能量被吸收，壳体停止开裂为止。

由于裂痕不能沿直线穿过“砖块”层，贝壳仍然坚固如初。

因为贝壳优异的力学性质，人们对它的兴趣更加浓厚。

并因此形成了这个领域的仿生学，然而结果不是很理想。

到目前为止，人类想出的最好的复合材料制作法，需要把大量的能量消耗在混合、成型和烘焙过程中。

双壳类贝壳微结构强韧机理研究
贝壳是具有很好断裂强度和断裂韧性的自然生物复合材料。

贝壳优良的力学性质和它内部优良的微结构密切相关,对其微结构的深入研究将可能揭示其强韧的机理,为人造高性能复合材料提供有益的指导。

对双壳类贝壳的扫描电镜(SEM)观察显示它是一种由细片状无机霰石和有机胶原蛋白组成的生物陶瓷复合材料。

观察也发现在这种贝壳中存在以下几种典型的霰石片形貌及独特的铺层结构:(1)霰石片纤维交错铺层;(2)弯曲霰石纤维片;(3)大端霰石纤维;(4)纤维螺旋铺层。

通过建立这些霰石片及铺层微结构模型,采用复合材料细观分析方法、有限元方法计算和纤维拔出理论等分析研究了这些典型微结构的强韧机理,得到以下结论:①纤维交错铺层结构中的纤维重叠比和长细比对复合材料的力学性能有较大的影响。

贝壳采用霰石片纤维交错铺层结构以及采用合理的纤维重叠比和长细比显著提高了贝壳生物陶瓷复合材料的强韧性。

②贝壳采用弯曲的霰石纤维片,并采用大的弯曲纤维片的长度和小的曲率半径提高了纤维片的拔出阻力,从而提高了贝壳的断裂韧性。

③贝壳采用大端纤维来增加霰石片纤维的拔出力,从而显著增强材料的断裂韧性和断裂强度。

④贝壳采用霰石纤维螺旋铺层结构,此结构比纤维平行铺层结构有更好的抗拉出能力,从而显著提高了贝壳复合材料的断裂韧性。

⑤弯曲霰石片比平直的霰石片有更好的抗压性能,霰石片交错铺层结构也能有效地分散集中力,从而减小复合材料内部的最大应力。

通过以上的分析研究,更进一步地认识到了贝壳自然生物复合材料微结构的强韧机理,为高性能人工陶瓷复合材料的仿生设计提供了有益指导。

贝壳的结构与应用的研究现状【摘要】介绍贝壳的结构与应用的研究现状。

文章首先回顾了贝壳的结构特点，包括外壳和内壳的组成以及纹理特征。

接着分析了贝壳的化学成分，指出其主要由碳酸钙和蛋白质组成。

在探讨了贝壳在材料科学和医学领域中的广泛应用，比如用于生物材料、药物传递系统、骨折修复等方面。

文章还对贝壳的结构优势和局限性进行了讨论。

结论部分指出，贝壳结构与应用的研究仍有待深入，但其在材料科学和医学领域的潜力巨大，有着广阔的发展前景。

贝壳的强度、生物相容性和可再生性等优势将为其在未来的应用中带来更多可能性。

【关键词】贝壳、结构特点、化学成分分析、材料科学、医学领域、应用、优势、局限性、研究现状、发展前景。

1. 引言1.1 贝壳的结构与应用的研究现状在材料科学领域，贝壳的硬度和韧性使其成为一种理想的仿生材料。

研究表明，模仿贝壳结构可以制备出具有优异性能的新型材料，如超强韧性纳米复合材料等。

在医学领域，贝壳具有抗菌、抗炎、促进愈合等作用，被广泛应用于医疗用品制备和组织修复等方面。

贝壳的结构优势与局限性也需要我们认识到。

虽然贝壳具有一定的硬度和韧性，但其结构复杂，提取困难，限制了其大规模应用。

贝壳的结构与应用的研究仍有待深入，但其在材料科学和医学领域的广阔发展前景也值得期待。

2. 正文2.1 贝壳的结构特点贝壳的外表结构多样化，有些贝壳的表面还存在着微小的孔洞，这些孔洞可以帮助贝壳进行气体和液体的交换，保持内部环境的稳定。

贝壳的厚度可能会因贝壳种类不同而有所差异，这也直接影响了其抗压性能和吸声性能。

从微观结构上看，贝壳内部的钙质晶体呈现出高度有序的排列方式，这种排列方式使得贝壳具有相对较高的硬度和韧性。

贝壳内部还含有一定比例的有机物质，这些有机物质在一定程度上能够增加贝壳的柔韧性和抗腐蚀性。

贝壳的结构特点是其独特之处，值得科研人员进一步深入研究和探索。

2.2 贝壳的化学成分分析贝壳的化学成分分析对于深入了解贝壳的结构和性质具有重要意义。

贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展一、本文概述贝壳珍珠层，作为自然界中一种独特的复合材料，以其卓越的力学性能和生物活性引起了广大研究者的关注。

其独特的“砖-泥”结构，即硬质的碳酸钙片层与有机基质的交替堆叠，使得贝壳珍珠层在硬度和韧性之间达到了出色的平衡。

近年来，随着材料科学的快速发展，贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展日益显著，为新型高性能材料的开发提供了丰富的灵感和可能。

本文旨在对贝壳珍珠层及其仿生材料的研究进展进行全面的概述和深入的分析。

我们将回顾贝壳珍珠层的基本结构和性能特点，以理解其优异性能的来源。

随后，我们将重点介绍在仿生材料制备技术方面的最新进展，包括模板法、自组装、生物矿化等方法，并探讨这些技术在模拟贝壳珍珠层结构中的应用。

我们还将关注贝壳珍珠层及其仿生材料在多个领域，如生物医学、航空航天、环境保护等方面的潜在应用，并展望其未来的发展方向。

通过本文的阐述，我们希望能够为相关领域的研究者提供一个全面而深入的了解，为推动贝壳珍珠层及其仿生材料的研究和应用提供有益的参考。

二、贝壳珍珠层的结构与性质贝壳珍珠层，作为自然界中一种独特的生物矿化产物，其独特的结构和性质一直是科学家们研究的热点。

其结构主要由文石晶体和有机基质交替堆叠形成，这种有序的层状结构赋予了贝壳珍珠层出色的力学性能和韧性。

在微观尺度上，贝壳珍珠层的文石晶体呈现出特殊的取向和排列方式，这种排列方式能够有效地分散和承受外部应力，从而提高其整体强度。

有机基质在文石晶体之间起到桥梁和连接作用，通过化学键合和物理缠结，使晶体之间的结合更加紧密和稳定。

贝壳珍珠层的性质也因其独特的结构而表现出色。

其硬度较高，能够有效地抵抗外界压力和磨损。

贝壳珍珠层具有较高的断裂韧性和抗冲击性能，这得益于其层状结构和有机基质的协同作用。

贝壳珍珠层还具有良好的光学性能，如光泽度和透明度，使其具有独特的观赏价值。

近年来，随着纳米技术和生物矿化研究的深入，人们对贝壳珍珠层的结构和性质有了更深入的理解。

贝壳珍珠层的研究现状
万欣娣;任凤章;刘平;田保红;王文焱
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2006(020)010
【摘要】贝壳中的珍珠层是由占壳重95%的CaCO3晶体和占壳重仅5%的有机体构成的一种优异的天然纳米复合材料.对珍珠层的研究现状和最新进展进行了评述.重点介绍了珍珠层形成机制中的隔室说、矿物桥说、模板说和多模板二步成因假说等4种学说,及裂纹的偏转、纤维的拔出、有机质的桥连、矿物桥机制和凹凸镶嵌结构等5种增韧机理,简述了珍珠层的组成和微结构,指出了珍珠层研究中有待解决的问题.
【总页数】5页(P21-24,28)
【作者】万欣娣;任凤章;刘平;田保红;王文焱
【作者单位】河南科技大学材料科学与工程学院,洛阳,471003;河南科技大学材料科学与工程学院,洛阳,471003;河南科技大学材料科学与工程学院,洛阳,471003;河南科技大学材料科学与工程学院,洛阳,471003;河南科技大学材料科学与工程学院,洛阳,471003
【正文语种】中文
【中图分类】O6
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1.珍珠及贝壳珍珠层文石的异常红外光谱特征 [J], 张刚生;丁世磊;贾太轩;郝玉兰
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生物复合材料生物复合材料是指由生物体内的有机物质与无机物质相结合而形成的一种新材料。

它继承了生物体内有机物质的高韧性和柔韧性，同时又具有无机物质的高强度和硬度，兼具了有机物质和无机物质的优点。

生物复合材料的制备方法主要有两种：一种是通过生物体内自然形成的方法，如贝壳、骨骼等；另一种是通过人工合成的方法，利用生物体内的有机物质和无机物质进行复合。

无论是自然形成还是人工合成，生物复合材料都具有很高的强度和韧性。

贝壳是一种常见的生物复合材料，主要由有机物质和无机物质构成。

贝壳的外壳由多层结构组成，每一层之间都有有机质与无机质相互交错，使得贝壳既具有很强的硬度，又具有很高的韧性。

这种复合结构使贝壳不易被破坏，能够有效地保护贝壳内的生物体。

骨骼也是一种生物复合材料，主要由有机物质和无机物质构成。

骨骼的主要成分是羟基磷灰石，它是一种高强度的无机物质，能够提供骨骼的刚性和硬度。

而有机物质则提供了骨骼的韧性和柔韧性。

这种复合结构使骨骼能够承受来自外部的压力和冲击，同时又能保持足够的柔韧性，以适应身体运动的需要。

生物复合材料不仅存在于自然界中，也可以通过人工合成的方法来制备。

人工合成的生物复合材料可以根据需要进行调配，以获得特定的性能。

由于具有生物体内有机物质和无机物质的优点，生物复合材料被广泛应用于医疗、建筑、航空航天等领域。

例如，用于骨折修复的人工骨骼材料、用于人工心脏瓣膜的人工材料等都是生物复合材料的应用案例。

总的来说，生物复合材料是一种兼具有机物质和无机物质优点的新材料。

它既具有高强度、硬度，又具有高韧性、柔韧性，具有广泛的应用前景。

生物复合材料的研究和应用将为人类的科学技术发展带来新的突破。