淡水三角帆蚌贝壳珍珠质的同步辐射XRD研究

利用同步辐射XRD研究淡水三角帆蚌贝壳珍珠质的内应力和珍珠质中单个文石板片的微结构, 发现淡水三角帆蚌贝壳珍珠质中单个文石板片内存在晶内有机物, 且该晶内有机物导致珍珠质层中产生拉应力. 这一拉应力沿不同晶向呈现强烈的各向异性, 表明晶内有机物在文石板片内很可能以某一特定的方式排列. 同步辐射XRD图谱的线形分析进一步证实淡水三角帆蚌贝壳珍珠质中的晶内有机物吸附于文石板片的(002)晶面. 这些研究结果将促进珍珠质矿化及强韧化机制的研究, 为设计高性能无机-有机复合材料及培育珍珠提供科学的根据.     

贝壳珍珠层生物矿化及其对仿生材料的启示

贝壳珍珠层作为一种典型的生物矿化材料而备受关注. 本文综述了贝壳珍珠层结构及其文石晶体的结晶学取向, 概述了贝壳珍珠层成因的生物矿化机理. 同时介绍了贝壳珍珠层特殊的组装方式在仿生材料方面近年来的研究进展, 认为选择合适的有机物,使其自组装成各种超分子结构作为无机物沉积的模板, 是仿生合成的关键.     

淡水养殖珍珠中文石板片厚度的变化及其微结构分析

通过场发射扫描电镜(FE-SEM),对白、粉和紫3种颜色的淡水养殖珍珠的珍珠层微结构进行了较系统研究。结果表明,在白色、粉色及紫色3种色系的珍珠中,在沿珍珠的半径方向上,珍珠层板片的厚度是变化的,且离珍珠核心距离越远,文石板片的厚度逐渐变薄;在同一直径不同颜色的珍珠中,接近珍珠外表面区域内珍珠层文石板片的厚度及珍珠外表面"梯田式"结构形貌也存在明显的差异,且珍珠表面"梯田式"结构越致密,其近珍珠表面的文石板片的厚度就越薄。     

鲍鱼壳珍珠层无机文石片的层状微结构研究

贝壳珍珠层是软体动物壳的最内层,经过若干世纪的自然进化,贝壳珍珠层形成了优良的微结构,并使贝壳具有了相当高的强度、刚度及断裂韧性.本文利用扫描电镜(SEM)观察了鲍鱼贝壳珍珠层的主要微结构特征,发现其是由层状的无机文石片和有机胶原蛋白质组成的生物陶瓷复合材料.根据发现的贝壳珍珠层层状微结构特征,建立贝壳珍珠层三维有限元模型,并用此模型分析了珍珠层的拉伸屈服极限与无机文石片拉伸屈服极限及其厚度的关系,研究表明珍珠层的屈服极限随无机文石片屈服极限的增加和无机文石片厚度的减小而增加.     

贝壳珍珠层及其仿生应用

综述了贝壳珍珠层结构及其文石晶体的结晶学取向特征，并概述了珍珠层中参与调控生物矿化的有机基质的结构和功能方面的最新研究进展。从裂纹偏转、纤维拔出、有机基质桥连及矿物桥的作用等方面对珍珠层的高韧性机制进行了讨论。同时介绍了珍珠层的微结构特征及其特殊的组装方式在仿生材料制备方面的应用。     

双壳纲三角帆蚌贝壳的三维微结构及其化学组成研究

通过场发射扫描电镜(FE-SEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线粉晶衍射(XRD)对淡水三角帆蚌贝壳各壳层的微结构特征及化学组成进行较系统的对比研究。结果表明:在贝壳的垂直生长层方向,最外层的角质层可细化为外角质层与矿化区,其中在贝壳的不同区域中该角质层的厚度存在明显差异;棱柱层中的棱柱与外层的角质层及内层的珍珠层文石板片呈近垂直交接,棱柱层的厚度在贝壳的不同位置同样存在差异;首次发现珍珠层中文石板片的厚度从接近棱柱层一端至珍珠层内侧面逐渐变厚,该结论与前人的文献报道恰好相反。基于本研究的结论,推测贝壳中复合的微纳米结构与化学组成共同决定了软体动物贝壳优异的力学性能。     

珍珠层基本结构单元——文石板片的研究进展

珍珠层很久以来就是生物矿化及仿生材料领域的经典研究对象之一,然而关于其基本单元——文石板片的形貌、纳米结构及形成机理仍未取得一致意见,故对其形貌、纳米结构及形成机理进行综述。目前,珍珠层的形成机理均是基于成熟板片结构间接推断出来的,因此观察珍珠层板片的整个形成过程,尤其是对不成熟板片的观察,从而探讨其形成机理是今后的研究方向。另外,穹顶状板片这一类新型文石板片的研究还处于初步阶段,尚有较大的研究空间。     

贝壳珍珠质及交叉叠片结构体外类骨磷灰石生长的对比研究

对具有交叉叠片结构的扇贝和珍珠质结构的褶纹冠蚌贝壳进行表面预处理和体外生物活性实验，对比研究了类骨磷灰石在这两种不同微观结构表面的生长。在磷酸缓冲液PBS中浸泡的初始阶段，磷灰石在交错层状结构表面沉积得很紧密，沉积速度较高；而在SBF模拟人体体液中的体外矿化过程中，在交叉叠片结构表面在较短时间内就生成了数量更多的磷灰石。长期浸泡后，两种结构的生物活性没有明显的不同。与珍珠质结构相比，在短时间内交叉叠片结构更有利于类骨磷灰石的生长。     

贝壳珍珠层断裂过程的原位观察及其增韧机制分析

天然生物材料的组织结构特征及其与性能间的关系研究对于材料的仿生设计有重要意义.本文利用扫描电镜原位观察了受拉伸载荷作用下珍珠层中裂纹的萌生及扩展方式,并结合SEM和TEM技术研究了贝壳珍珠层微观组织结构,探讨了裂纹扩展过程中的增韧机制.结果表明,珍珠层相邻片层凹凸镶嵌互补,多边形文石晶体是由纳米级颗粒构成的多晶体.裂纹偏转,有机物桥联,纤维拔出,小孔聚结等多种增韧机制在裂纹扩展过程中协同作用,都源自珍珠层独特的微观结构,并提出片层的球冠型结构是导致珍珠层具有超常韧性的机制之一.     

淡水珍珠的生物矿化机理研究进展

碳酸钙广泛存在于生物矿物中, 是地球上最普遍的生物矿物之一。贝壳和珍珠的主要组成部分为碳酸钙无机相。我国淡水养殖珍珠多数品质优异, 具有良好的珍珠光泽。该种珍珠以文石晶型碳酸钙为无机相, 称为文石珍珠。近年来, 在我国淡水养殖珍珠中发现了球文石的存在, 球文石的出现是导致珍珠失去光泽、降低质量的主要原因。本文对比阐述了淡水文石珍珠和球文石珍珠的微观结构与性能, 总结了与珍珠层有关的体外模拟碳酸钙生物矿化的实验结果, 提出了珍珠层生物矿化机理未来的研究方向。     

贝壳珍珠层中文石晶体择优取向研究

贝壳珍珠层中文石晶体的择优取向是其具有独特力学性能的重要原因．本文采用Ｘ射线衍射方法对我国主要育珠贝（蚌）的贝壳珍珠层中文石晶体的择优取向进行了较系统的研究,结果表明：海水马氏珍珠贝、大珠母贝及企鹅珍珠贝贝壳珍珠层中文石晶体ｃ轴垂直珍珠层面定向排列;淡水三角帆蚌壳珍珠层文石晶体有两种明显择优取向,一种ｃ轴垂直珍珠层层面,另一种ｃ轴与层面斜交,其（０１２）面网方向与层面平行．     

三角帆蚌贝壳的微结构及尺寸变化特征

天然生物经历了亿万年的不断进化,已经形成了近乎完美的结构。天然生物材料结构的研究是仿生研究的基础,本文以三角帆蚌贝壳为研究对象,利用SEM和AFM,描述了三角帆蚌贝壳的微结构特征,包括其角质层、棱柱层、珍珠层及界面和晶带的形貌,揭示文石晶片及各层间的尺寸变化规律。研究表明:角质层内部分布大量裂纹,珍珠层与棱柱层无明显过渡界面,珍珠层内发现条状晶带结构缺陷;贝壳壳体和珍珠层厚度随0生长线向外呈现先增大后减小的变化趋势,且单层文石晶片的厚度不均,最厚处可达最薄处的2倍多。对三角帆蚌贝壳的结构进行了深入研究,为其优异的力学性能提供了理论依据,为未来的仿生结构设计提供了新思路和新想法。      

On flaw tolerance of nacre: a theoretical study

As a natural composite, nacre has an elegant staggered ‘brick-and-mortar’ microstructure consisting of mineral platelets glued by organic macromolecules, which endows the material with superior mechanical properties to achieve its biological functions. In this paper, a microstructure-based crack-bridging model is employed to investigate how the strength of nacre is affected by pre-existing structural defects. Our analysis demonstrates that owing to its special microstructure and the toughening effect of platelets, nacre has a superior flaw-tolerance feature. The maximal crack size that does not evidently reduce the tensile strength of nacre is up to tens of micrometres, about three orders higher than that of pure aragonite. Through dimensional analysis, a non-dimensional parameter is proposed to quantify the flaw-tolerance ability of nacreous materials in a wide range of structural parameters. This study provides us some inspirations for optimal design of advanced biomimetic composites.     

Aragonite observed in the prismatic layer of seawater-cultured pearls

The prismatic layer is obviously different from the parallel layer in seawater-cultured pearls. X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM) and micro-infrared (IR) spectroscopy have been applied to characterize the crystallized layers of high- and low-quality seawater-cultured pearls produced in South China. The result shows that the prismatic layer is not only composed of calcite as reported in previous researches. Three types of prisms were found in seawater-cultured pearls: calcite prism, aragonite prism and calcite and aragonite prism. Therefore, we have a new understanding of the biomineralization of the prismatic layer in seawater-cultured pearls. The result makes us review the traditional viewpoint that the increased content of aragonite improves the quality of pearls. We discovered that some seawater prismatic pearls almost completely composed of aragonite have the worst quality. We thought that the thickness and the spatial distribution of prisms are the main factors that can affect the quality of seawater-cultured pearls.     

珍珠母及其仿生复合材料力学行为的研究进展

珍珠母是由天然文石晶片和有机基质构成的一种两相生物复合材料。其中,文石晶片通过典型交错层叠方式镶嵌在连续的有机基质中,形成高度有序的分级结构,使珍珠母呈现出远优于其组份材料的力学性能。因此,受到力学、材料学和生物学领域研究学者们的广泛关注。本文首先介绍了珍珠母材料的微结构特征及其基本变形机制和力学性能,然后分别从理论分析、数值模拟和实验制备三个角度出发综述了仿珍珠母复合材料的研究进展,重点讨论了这类仿生复合材料在变形过程中的强韧化机制,并分析了结构-性能之间的关系,最后对其可能的发展方向进行了展望。