头足纲与腹足纲贝壳材料的结构和性能

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要随着科技的发展，人们需要不断开发高性能的新材料来满足日新月异的各种高新技术需要，尤其是仿生材料越来越引起材料学家们的重视，仿生材料工程也是开发新材料最重要的手段之一。现在研究较多的软体动物贝壳就是一种有生命系统参与合成的天然的生物矿化材料。本文以头足纲鲍鱼壳和腹足纲香螺壳为对象，研究了这两种贝壳的结构与材料性能之间的关系。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对贝壳的组成和结构进行分析，利用三点弯曲、纳米压痕等对贝壳的力学性能进行测试，利用密度测量、热分析和傅里叶红外光谱等对贝壳的物理性能进行测

2、试，从而探讨贝壳的结构与性能之间的关系，为仿生材料的发展提供一些试验方法和结论。试验结果表明：鲍鱼壳和香螺壳主要是由方解石和文石构成的，且鲍鱼壳有着“砖墙”式的文石层，香螺壳有着“交错纹片”式的文石层。通过SEM在新鲜鲍鱼壳的断口处观察到了粘连物质，分析认为这种粘连物质为有机质。贝壳的力学性能试验结果说明，鲍鱼壳的强度和韧性都比香螺好，加热后贝壳的力学性能明显下降，对于不同生长期贝壳的力学性能随着生长期的增加而增强。纳米压痕试验中，鲍鱼壳的截面硬度高于层面。随着加热温度的升高，鲍鱼壳和香螺壳的密度都逐渐减小，但在相同条件下，鲍鱼壳

3、的密度始终比香螺壳的密度大，这也说明，鲍鱼壳中有机质的含量要高于香螺壳，另外，由于加热前后变化的主要是贝壳中的有机质，故认为贝壳中的有机质含量虽然很少，但却对贝壳的宏观力学性能起着极其重要的作用。热分析试验结果表明，鲍鱼壳珍珠层粉末的相变温度约为410℃，500。C前失重率约为5％，并认为主要是有机质的减少导致的，而500℃之后，贝壳的质量明显下降，是由于碳酸钙分解引起的。关键词：贝壳；仿生材料；珍珠层；结构；力学性能头足纲与腹足纲贝壳材料的结构和性能TheMicrostructureandPropertiesofGastropo

4、daandCephalopodaShellsAbstractWi也thedevelopmentoftechnology，newmaterialswhichpossessedhigllpropertiesareneedtodeveloptosatisfyvariedrequirementsofhightechnology，especiallybiomimeticmaterialshavebeenattractedmoreandmoreattentionbymaterialsscientists．Also，biomimeticmate

5、rialengineeringiSanimportantmeanstoinventnewmaterials．Molluscshellswhichareextensivelystudiedarcnaturalbiomaterialsofbiomineralizationthatarecompoundedbymeansoftheorganicsystem’Sparticipatinginit．Thegastropodaabaloneshellandthecephalopodaconchshellhavebeenstudiedforth

6、epurposeofrevealingtherelationshipbetweenthetwoshells’structuresandproperties．CompositionandstructureoftheshellsareanalyzedbyX-ray，diffraction(XRDlandscanningelectronmicroscope(SEM)；mechanicalpropertiesoftheshellsarcanalyzedbythree-pointbendingandnanoindentationtests；

7、physicalpropertiesoftheshellsareanalyzedbydensity，thermoanalysis，andFourierTransformInfraredSpectroscopy(FTIR)tests．Relationshipbetweenthetwoshells’structuresandpropertiesarediscussed．Itprovidedthatsomemethodsandconclusionsfordevelopmentofbiomimeticmaterials．Theexperi

8、mentalresultsshowedthattheabaloneshellandtheconchshellarcbothcomposedofcalciteandaragonite．1f11earagonitelayeroftheabalonesh