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自然界的超薄柔性装甲:露珠陀蝶螺外壳中螺旋状文石纤维的自锁结构及其机械性质

张泰基  马玉荣  齐利民  
【摘要】:自然界中许多生物矿物材料具有优越的机械性质,这是人工合成材料难以达到的,其主要原因在于生物矿物中特殊的由多种材料构建的多级有序微观结构。因此对生物矿物中特殊结构的研究也成为仿生材料合成领域的一个重要方面。露珠陀蝶螺(Cavolinia uncinata,CU)是一种翼足目海洋浮游生物,它有一个由文石型碳酸钙构成的超薄矿化外壳(~20mm),据报道它的壳具有一种由螺旋纤维构成的新颖结构。但是一直没有准确的证据表明这种新颖的螺旋结构的存在,而且这种特殊结构的功能至今未知。因此我们结合多种技术详细研究了CU壳的微观结构和晶体学取向一致性。我们首次通过结合螺旋状纤维模型和壳的SEM照片提供了这种特殊的螺旋纤维紧密堆积结构存在的有力证据,而且这些螺旋纤维具有自锁结构和晶体学取向性。纳米压印实验表明这种螺旋结构和晶体学取向性使得CU的超薄外壳具有各向异性的机械性质。

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