双壳纲贝壳韧带和珍珠层的结构色及微结构研究

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1、广西大学硕士学位论文双壳纲贝壳韧带和珍珠层的结构色及微结构研究姓名：张伟钢申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：张刚生20090505双壳纲贝壳韧带和珍珠层的结构色及微结构研究摘要本文利用反射光谱、扫描电镜及理论模拟计算等研究手段对淡水贝三角帆蚌，海水贝大珠母贝、合浦珠母贝、企鹅珍珠贝及黑嘴贝珍珠层和三角帆蚌及文蛤(海水贝)韧带(指韧带内层)的结构色及微结构进行了较为系统的研究；另外，以光芒豆蛏为主要研究对象，首次对韧带外层的结构色及微结构进行了初步研究。本文所得主要结论如下：(1)首次发现贝壳珍珠层纵向文石板片厚度在不同部

2、位存在明显差异，并根据SEM观察结果初步建立了两种新的珍珠层结构模型，分别为连续可变厚度模型和随机可变厚度模型。(2)利用反射光谱首次在珍珠层中探测到多级反射峰，并确认珍珠层的结构色是由按周期性定向交错排列的文石板片和蛋白质层构成的多层反射器结构及珍珠层中的色素共同作用决定的；另外，各样品珍珠层文石板片厚度从生长端到壳中区显著减小(海水贝)或增大(淡水贝)，导致同级别反射峰波长呈现明显的蓝移或红移现象。(3)各样品韧带从湿润到干燥状态，其反射峰中心波长均呈现明显的蓝移现象，且反射峰强度逐渐下降；确认韧带的结构色是由按周期性定向排

3、列的文石纤维和蛋白质构成的二维光子结构引起的，水对该光子结构的带隙范围及反射峰强度具有明显的调节作用，可见贝壳韧带具有湿敏性二维可调光子结构特征，属于一种天然湿敏性二维可调光子带隙材料。(4)首次发现韧带外层由丝状蛋白质纤维紧密堆积而成，并根据其微结构组成特征初步建立了由文石纤维层、蛋白质纤维层及叠片层组成的完整的韧带微结构模型；其中蛋白质纤维层在湿润状态下可呈现明显的结构色，但在干燥状态下由于只具有一种光密介质而无法呈现结构色；水对韧带外层结构色具有决定性调节作用，该调节作用主要通过动态调节蛋白质纤维中心间距和平均折射指数间的

4、相互作用关系来实现，可知由蛋白质纤维组成的韧带外层属于一种高湿敏性二维可调生物光子带隙材料。关键词：贝壳韧带二维可调光子结构湿敏性珍珠层多层反射器色素结构色nSTRUCTURAI．CoLORANDⅦCRoSTRUCⅡ瓜EOFBrvrAIVELIGAⅧNTANDNACREABSTRACTThestructuralcolorandmicrostructureofthebivalvenacreoffreshwatershellHyfiopsiscunimgii，seawatershellPinctadamaxima,PinctadaM

5、artensiiDunker,PteriaPenguin，PinctadaMargaritiferaandthebivalveligaments(innerlayerofligament)ofHyriopsiscunimgii，meretrixLinnaeus(seawatershell)wereinvestigatedbyreflectionspectra，scanningelectronmicroscopyandtheoreticalsimulation；Thestructuralcolorandmicrostructure

6、oftheouterlayerofbivalveligamentswereinvestigatedfirstlyusingSiliquaRadiataasmainresearchobject．Thefollowingresultsareobtained：(1)Wefirstlyfindthatthethicknessofaragonitetabletsareobviouslydiff-erentduringthecrossdirection，twonewtypestructuralmodelsofnacrewithcontinu

7、ousvariablethicknessandrandomvariablethicknessareestablishedbytheresultsofSEMinvestigation．(2)Themulti-orderreflectionpeakarefirstlydetectedbyusingreflectionspectra，andweconcludethatthestructuralcolorofnacreinbivalveshellsarederivedfromthecombinationeffectsofaragonit

8、e—proteinmultilayerreflectorstructureandpigmentsinnacre；Inaddition，thethicknessofaragonitetabletsIIIdecreased(seawatershell)orincre