贝壳——天然的复合材料
涂料用贝壳粉体的复合改性
9 号分别为上海和江苏某企业市售的双组分环氧富锌底漆。
表 1 涂料各组分的质量分数 Table 1 Mass fraction of each component of paint
（单位：%）
样品 环氧树脂
锌粉
1
14.7
53.0
2
14.7
48.0
3
14.7
43.0
4
14.7
33.0
5
14.7
48.0
黏稠液体，固含量 75%)、混合溶剂(无色透明液体)，浙江省某油漆制造企业；盐酸，分析纯，无锡市佳
妮化工有限公司；碳酸钙，分析纯，温州华侨化学试剂有限公司；氯化钠，分析纯，国药集团化学试剂
有限公司；锌粉，分析纯，莱阳经济技术开发区精细化工厂。
1. 2 贝壳粉体制备
将贝壳浸泡在 4%氢氧化钠溶液中 48 h 后，搓洗除去角质层，过滤、烘干。然后在 AX-4 球磨机中
贝壳是一种由碳酸钙和生物大分子构成的天然无机−有机复合材料，具有典型的片层结构，其特殊的 结构一直广受相关领域研究者的关注，以贝壳作为原料制备功能性碳酸钙并将其应用于环氧、聚乙烯增 强以及催化剂载体等领域[5-7]。与传统的无机碳酸钙填料相比，人们通过对贝壳结构、无机−有机相调控 等方面的研究，进一步开发了适用于涂料体系的附加值高、需求量大、应用前景广阔的复合碳酸钙粉体 [8-9]。另外，将废弃贝壳应用于防腐涂料行业也符合“废物资源化”和“绿色可持续发展”的需要。
分散 90 min 得到环氧防锈底漆(甲组分)。将聚酰胺 650 与混合溶剂搅拌均匀得到固化剂(乙组分)。
1 号是基于浙江省某涂料企业实际生产配方制备的涂料样品，2−4 号是用 10%c-bkf-SA 等量替代 1 号
贝壳珍珠层及仿生制备研究
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
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。
生物仿生技术在材料科学中的应用
生物仿生技术在材料科学中的应用在材料科学领域，生物仿生技术是一种创新而又有前景的研究方向。
通过借鉴自然界中生物体的智慧和结构特点，科学家们将这些原理应用于材料的设计和制备中，以期达到更优异的性能和功能。
本文将探讨生物仿生技术在材料科学中的主要应用，并且介绍一些具体的案例。
一、生物仿生技术在新型材料的设计中的应用1.1 借鉴蜘蛛丝的特性设计高强度纤维材料蜘蛛丝被认为是自然界中强度最高的材料之一，其韧性和轻巧性能令人惊叹。
科学家们通过深入研究蜘蛛丝的结构组成和制造过程，成功地制备出一种类似蜘蛛丝的高强度纤维材料。
这种仿生材料具有与蜘蛛丝相似的拉伸强度和韧性，能够应用于各种领域，如航天航空、建筑和防弹材料等。
1.2 模拟莲叶表面结构设计自洁材料莲叶表面的自洁效果一直以来都令人着迷。
科学家们通过研究莲叶表面的微观结构，发现其具有一种特殊的纳米级凹凸结构，使得水滴在表面形成高度球形，从而将污垢和尘埃冲刷走。
基于这一原理，研究人员成功制备出自洁材料，可以应用于玻璃、塑料和金属等表面，解决清洁难题。
二、生物仿生技术在材料改性中的应用2.1 借鉴贝壳的结构改善材料硬度贝壳是一种具有惊人硬度和韧度的天然材料。
科学家们发现贝壳由多层石灰石和有机物质组成，层与层之间形成了错落有致的纳米级结构。
通过模仿贝壳的结构，研究人员设计并制备出了一种复合材料，具有远超传统材料的硬度和耐磨性，可以应用于制造汽车零件和刀具等。
2.2 模拟鲨鱼皮肤纹理减少水动力阻力鲨鱼是一种优秀的游泳者，其皮肤上的纹理能够减少阻力，使其在水中行动更为迅捷。
科学家们通过研究鲨鱼皮肤的特征，设计出一种仿生表面纹理，能够减少水动力阻力，并应用于船舶和潜艇的表面涂层，提高航行效率。
三、生物仿生技术在可持续材料中的应用3.1 模仿鸟羽毛结构设计轻质材料鸟羽毛具有轻盈和坚韧的特点，可以帮助鸟类在飞行中减少能量消耗。
科学家们通过分析鸟羽毛的结构和组成，成功研制出一种轻质复合材料，具有轻盈和高强度的特点，可以应用于航空航天领域和汽车制造领域，实现能源的可持续利用。
鲍鱼壳、香螺壳的结构及力学性能
鲍鱼壳、香螺壳的结构及力学性能陈静;黄根哲【摘要】以头足纲鲍鱼壳和腹足纲香螺为研究对象，测量了其硬度，研究了贝壳的结构与性能之间的关系。
结果表明，贝壳主要由方解石和文石构成，其方解石均为不均匀柱状晶，鲍鱼壳的文石结构为“砖墙”式，香螺壳的文石结构为“交错纹片”式。
在相同条件下，对两种贝壳进行了硬度测量，结果表明：贝壳的硬度在不同部位存在明显的各向异性。
通过对贝壳的压痕观察，发现其压痕效应主要来源于裂纹扩展，方解石裂纹不规则，而文石压痕周围平直清晰。
【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】3页(P39-41)【关键词】贝壳;微观组织;力学性能【作者】陈静;黄根哲【作者单位】长春理工大学，长春 130022;长春理工大学，长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TH133.3人类社会文明的发展和材料科学技术的发展是紧密相关的。
随着科学技术的发展，仿生学越来越引起人们的研究兴趣，复合材料的应用也越来越广泛，同时对其要求也越来越高。
软体动物贝壳是一种天然的复合材料，它主要由无机相碳酸钙和有机基质构成，其中碳酸钙晶体占壳体的95%以上，而有机基质约占壳体的5%［1-3］，软体动物结构复杂多变，最具代表性的一类分3层，最外层为角质层，主要由硬化蛋白质组成；中间层为棱柱层，由柱状方解石构成；内层为珍珠层，由文石板片构成，层与层之间由有机质连接。
贝壳只要由碳酸钙晶体构成，但其断裂韧性是单一碳酸钙晶体的3000倍以上。
贝壳的增韧机制有裂纹偏转、纤维拔出和有机质的黏弹性作用。
在这些增韧机制的协同作用下，使贝壳在保持较高的强度下同时提高韧性。
目前，国内的仿生学处于初级阶段，对贝壳的结构和力学性能研究还比较少。
本试验将对贝壳进行深入的研究，以此分析出贝壳的优良性能。
1）材料。
试验所用的材料是头足纲鲍鱼壳和腹足纲香螺壳作为研究对象，如图1。
2）方法。
把贝壳清洗干净、风干，用手锯切割壳体部位，沿着螺纹方向切开的面为横切面，垂直于螺纹方向切开的面为纵切面。
仿生材料——精选推荐
仿⽣材料源于⾃然的⼒量——仿⽣材料⼀、神奇的⼤⾃然——仿⽣学⾃然界的创造⼒总是令⼈惊奇，天然⽣物材料经历⼏⼗亿年进化，⼤都具有最合理、最优化的宏观、细观、微观复合完美的结构，并具有⾃适应性和⾃愈合能⼒，如⽵、⽊、⾻骼和贝壳等。
其组成简单，通过复杂结构的精细组合，从⽽具有许多独有的特点和最佳的综合性能。
例如，荷叶的表⾯有许多微⼩的乳突，让⽔不能在上⾯停留，滴形成后会从荷叶上滚落，同时将灰尘带⾛；海洋⽣物乌贼和斑马鱼体内的⾊素细胞决定了它们天⽣有⼀种改变⾃⾝颜⾊的能⼒；⽔稻表⾯突起沿平⾏于叶边缘的⽅向排列有序，使得排⽔⼗分便利；昆⾍复眼的减反射功能，使得⿊夜观看成为可能；⽔黾腿部有数千根按同⼀⽅向排列的多层微⽶尺⼨的刚⽑使其在⽔⾯⾏⾛⾃如；壁虎由壁虎脚底⼤量的细⽑与物体表⾯分⼦间产⽣的“范德华⼒”累积使其有了特殊的粘附⼒……道法⾃然，向⾃然界学习，采⽤仿⽣学原理，设计、合成并制备新型仿⽣材料，是近年快速崛起和发展的研究领域，并已成为材料、化学、物理、⽣物、纳⽶技术、制造技术及信息技术等多学科交叉的前沿⽅向之⼀。
仿⽣学是模仿⽣物的科学，早在1960年9⽉13⽇美国召开第⼀次仿⽣学会上由Steele等提出。
仿⽣学研究⽣物系统的结构、性质、原理、⾏为及相互作⽤，为⼯程技术提供新的设计思想、⼯作原理和系统构成；仿⽣材料指依据仿⽣学原理、模仿⽣物各种特点或特性⽽制备的材料；材料仿⽣设计包括材料结构仿⽣、功能仿⽣和系统仿⽣ 3个⽅⾯。
⼆、了解仿⽣材料仿⽣材料的定义仿⽣材料是指模仿⽣物的各种特点或特性⽽研制开发的材料。
通常把仿照⽣命系统的运⾏模式和⽣物材料的结构规律⽽设计制造的⼈⼯材料称为仿⽣材料。
仿⽣学在材料科学中的分⽀称为仿⽣材料学(biomimetic materials science),它是指从分⼦⽔平上研究⽣物材料的结构特点、构效关系,进⽽研发出类似或优于原⽣物材料的⼀门新兴学科,是化学、材料学、⽣物学、物理学等学科的交叉。
贝壳的化学成分
贝壳的化学成分大家都知道贝壳的主要成分是碳酸钙，那它还有什么其他的化学成分吗?以下是本人要与大家分享的：贝壳的化学成分，供大家参考!贝壳的化学成分一一、贝壳的形态、内部结构贝壳分左右两片或单片是外套膜所分泌，90%以上为碳酸钙和少量有机质。
在贝体的外部起保护内脏作用。
从剖面看，其结构一般分为三层，从外向内为角质层。
由壳质素构成，色黑褐而薄，由外套膜边缘分泌而成，亦称壳层;其次中层为棱柱层，较厚占壳的大部分，为并列的方解石的石灰质小柱组成，它主要由外套膜缘背面分泌;珍珠质层，是贝壳最内一层，它由叶状的霰石（文石）构成，表面光滑，色泽美丽，具强珍珠光泽，为整个外套膜表面分泌而成。
二、贝壳的化学成分珍珠贝类的贝壳和珍珠同是由一部分性质相同的上皮组织分泌而成，因此，它们的化学成分类似乃至相同，若贝种类不同或生活环境差别很大时，它们的化学成分也会有异。
贝壳的无机成分主要为碳酸钙，其次为氧化钠、二氧化硅、氧化镁及三氧化二铝等，此外还有10多种微量元素和痕量元素，如锶、镁、铝、硅、钾、铁、钙、铷、铅、锌、铜、锰、铬、钒、磷等。
贝壳的有机成分中含有天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酸等16种氨基酸，并与珍珠中的氨基酸相近。
对于贝壳的化学成分特征的研究。
人们最感兴趣的是其微量元素和氨基酸组成特点，因为这些是人们开发利用贝壳的关键所在。
由于贝壳和珍珠所含的微量元素及氨基酸基本相同且含量相近，而这些微量元素及氨基酸有相当一部分是人体缺乏并需要得到补充的物质，因此贝壳中珍珠层粉是代替天然珍珠当药用的最佳原料，也是人们理想的微量元素供应物。
我国贝壳的资源尤为丰富，所以对其成分研究。
具有重要的经济意义。
贝壳的化学成分二珍珠的硬度：在珍珠中，霰石微小的结晶分别与壳角蛋白密切结合，使得珍珠表现出的硬度比无机界的碳酸钙结晶还要高。
方解石的硬度为3，而构成珍珠的霰石硬度为3.5至4，而珍珠的硬度一般在3.5至4.5之间。
珍珠的弹性：珍珠专家们作了这样的实验，采用三粒日本养殖珍珠、两粒澳洲或委内瑞拉珍珠一粒中国珍珠和一粒淡水珍珠;让它们从70厘米的高处，分别依次落在玻璃板上来测定它跳跃的高度。
天然复合材料—贝壳
天然复合材料—贝壳贝壳是软体动物在环境温度与压力下将周围环境中的无机矿物(CaCO3 )与自身生成的有机物相结合制造出的复合材料,贝壳的形成过程是一种生物矿化过程。
随着研究的不断深入人们发现贝壳不仅具有特殊的结构,而且特有的结构导致天然生物材料具有比合成材料优异的综合性能。
贝壳珍珠层是天然的陶瓷基复合材料,它的引人注目之处在于其强度与无机文石(CaCO3 )相当,而断裂韧性却提高了约3000倍。
这些都源于珍珠层的复合结构。
贝壳的结构及成份贝壳根据形成的方式和组成结构不同分为3层。
最外层为角质层,是硬蛋白质的一种,能耐酸的腐蚀;中间的棱柱壳层,它占据壳的大部分,由角柱状的方解石构成,角质层和棱柱层只能由外套膜背面边缘分泌而成;内层为珍珠层,也由角柱状方解石构成,它由外套膜的全表面分泌形成,并随着贝类的生长而增厚,富有光泽。
贝壳虽然种类繁多,形态各异,颜色不同,但化学组成相似,主要有占全壳95%的碳酸钙和少量的贝壳素。
据报道将山东烟台产贻贝壳晾干粉碎成粉末后,用原子吸收分光光度计测其元素成分, 其中常量元素K、Na、Ca、Mg质量分数分别为:0. 01%、0. 35%、15. 1%和0. 17% , 微量元素含量分别为(mg/kg) : Fe 206. 0、Zn 453. 3、Se 0. 85、I 2. 3、Cu 10. 7。
其它贝壳因来源不同,各质量分数略有差别。
贝壳中的有机质有机基质一般仅占壳重的0. 3% ～5% ,经X - 射线衍射及核磁共振技术研究表明,贝壳的有机基质通常可分为5层,其中心是由两层富含Gly和Ala的疏水性蛋白质夹一薄层卜几丁质所构成,疏水核心两侧为富含ASp 和Gill的亲水性蛋白质,与矿物相紧密相连。
贝壳珍珠层的形成模型贝壳珍珠层的矿化是一个漫长的过程。
对贝壳珍珠层的形成过程比较成熟的理论认为:首先由细胞分泌的有机质自组装成层状隔室,每一层有机质上有纳米级小孔(43～49 nm,密度约为100μm) ,导致上下层隔室相通。
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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。
通过生物过程形成的天然材料，是由最简单的基本化学物质组成的，它们形成所需的温度比人造复
合材料要求的低得多。
近日，来自英国曼彻斯特大学和利兹大学的科学家们成功研发出一种新型的’海贝’合成材料，该材料是由白垩和聚苯乙烯粒子混合而成。
新材料的最大特点是更加坚硬，因此用这种材料建造的住宅和办公楼将更坚固耐用。
这支由材料科学家和化学家组成的研发小组的灵感来自于在海滩上发现的贝壳，研究人员从各种不相近的’成分’中提取相应物质最终合成一种全新的复合材料。
这种材料的属性类似于天然贝壳。
目前，该项技术可以被用来制造抗开裂性能极高的陶器，和耐裂纹的建筑材料和骨头替代材料。
贝壳不仅因为优异的力学性能而在研究，建筑，医学等方面有着广泛的应用，而且在其他方面也有着广泛的应用。
蛤蚌等有壳动物的外壳。
其中有的具有珍珠般的虹彩光泽，因而被用于珠宝业，制作项链、服装珠宝(钮扣等)，甚至安装在首饰上，更多用于制作贝雕、拼贴画、镶嵌刀柄等。
珍珠母贝是天然材料，因此每件的颜色及纹路都十分独特，满足了越来越多消费者对个性化首饰的需求.珍珠母贝饰品的加工非常复杂，原始的珍珠母贝要进行非常细致的打磨、精确的切割，根据设计要求镶嵌。
历经多道工艺处理，才能制成令人赏心悦目的贝壳饰品。
用贝壳做成一套餐具。
叉、勺，各有各的用场，摆放在餐桌上，别有一番情趣。
在远古时代时贝壳还有充当钱的作用。
小小贝壳大用处。