贝壳的力学性能呈现各向异性的特征
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。
奇异的仿生学期末考试(含正确标准答案)
奇异的仿生学期末考试(含正确答案)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章章单元测试1 【单选题】(3分) 仿生学的定义是哪年提出的？A. 1955年B. 1960年C. 1965年2 【单选题】(3分) 海豚游速慢的时候皮肤是粗糙的，游速快的时候是光滑的。
A. 正确B. 错误3 【单选题】(3分) 信息时代人与自然的关系是观察——灵感——模仿A. 错误B. 正确4 【单选题】(3分) 自然界中植物有150万种。
A. 正确B. 错误5 【多选题】(3分) 材料的结构包含A. 宏观B. 介观C. 微观6 【单选题】(3分) 科学的目的是求知与求真。
A.正确B. 错误7 【单选题】(3分) 贝壳珍珠层的硬度是普通文石的2倍，韧性是普通文石的10000倍。
A. 错误B. 正确8 【单选题】(3分) 蜘蛛丝能支撑体重400倍的重物。
A. 错误B. 正确9 【多选题】(3分) 仿生需求包括 A. 生存需求 B. 军事需求 C. 健康需求D. 发展需求E. 精神需求F. 兴趣需求10 【多选题】(3分) 仿生模本包括 A. 生物模本 B. 生活模本 C. 生境模本第二章章单元测试1 【单选题】(3分) 地面机械触土部件与土壤接触时面临的问题是A. 磨损B. 粘附C. 腐蚀D. 氧化2 【单选题】(3分) 蜣螂推滚粪球的部位是 A. 头部 B. 背部 C. 足3 【单选题】(3分) 穿山甲能打洞、上树，还会游泳。
A. 正确 B. 错误4 【单选题】(3分) 蚯蚓体外有一层体表液，形成一个多层界面系统，蚯蚓蠕动前行在A. 外界面层B. 内界面层C. 体表液层D. 体表层5 【单选题】(3分) 荷叶具有自清洁效应是由于表面A. 微米形态B. 表面腊状物质C. 微纳结构与腊状物质共同作用D. 纳米突起6 【单选题】(3分) 土壤动物减粘脱土功能的实现是由于其体表形态。
贝壳博学知识点笔记
贝壳博学知识点笔记家人们！今天来给大家分享一些贝壳博学的知识点笔记哈。
一、贝壳的生物学特征。
贝壳那可是个神奇的玩意儿呢！它们形态各异，有的像扇子，有的像蜗牛壳，五花八门的。
从生物学角度来讲，贝壳主要是由软体动物分泌的钙质外壳。
你想想看，就像它们给自己盖了个坚固的小房子，住在里面多安全呀！而且不同种类的贝壳，它们的纹路、颜色啥的都不一样。
比如说扇贝，它的贝壳上就有好多漂亮的花纹，就像被精心设计过似的。
还有海螺的贝壳，那螺旋状的造型简直太独特了，仿佛是大自然的艺术品。
二、贝壳的种类。
贝壳的种类那可多啦，简直数都数不过来。
像常见的牡蛎，它们的贝壳两片一大一小，紧紧地合在一起，就像两个好朋友手拉手。
牡蛎可是个营养丰富的好东西，很多人都喜欢吃呢！还有蛤蜊，这玩意儿在沙滩上经常能看到，它们的贝壳表面比较光滑，有时候还会有一些淡淡的花纹。
除了这些，还有鲍鱼的贝壳，那可是很珍贵的哟，它的形状有点像人的耳朵，表面有一层珍珠般的光泽，特别漂亮。
三、贝壳的形成过程。
贝壳的形成那也是个有趣的过程哈。
软体动物为了保护自己的身体，会从体内分泌出一种叫做碳酸钙的物质。
这些碳酸钙就像建筑材料一样，一点点地堆积起来，逐渐形成了贝壳的雏形。
随着软体动物的生长，贝壳也会不断地长大、加厚。
就好比我们人类盖房子，要一砖一瓦地慢慢搭建，贝壳的形成也是这样，需要时间和耐心。
而且呀，贝壳的形状和结构还和软体动物的生活环境、习性等有关系呢。
比如说生活在水流比较急的地方的贝壳，可能会更厚实、更坚固一些，这样才能抵抗水流的冲击。
四、贝壳在文化中的意义。
贝壳在很多文化中都有着特殊的意义哦。
在古代，贝壳可是一种货币呢，人们用它来交换货物。
想象一下，那时候的人们背着一袋子贝壳去买东西，是不是还挺有趣的？而且贝壳还常常被用来制作装饰品，比如项链、手链啥的。
在一些少数民族的文化中，贝壳还被视为吉祥的象征，代表着幸福、平安。
在海洋文化中，贝壳更是不可或缺的一部分，它象征着大海的神秘和富饶。
贝壳的力学性能和增韧机制
贝壳的力学性能和增韧机制
梁艳;赵杰;王来;李凤敏
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2007(29)3
【摘要】对具有交错纹片结构的黄米螺壳进行压缩和三点弯曲实验。
实验结果表明贝壳的力学性能与其显微结构密切相关，且存在各向异性。
压缩和弯曲实验的结果表明，垂直于层面方向的承载能力均高于垂直于横截面方向的承载能力；当贝壳中的有机质被去除后，其三点弯曲强度只有原来的1／20～1／30。
贝壳材料主要增韧机制为裂纹偏转和纤维拔出以及有机质的粘弹性作用。
对贝壳材料增韧机制的仿生研究为复合材料的设计提供有益信息。
【总页数】5页(P507-511)
【关键词】贝壳;交错纹片结构;力学性能;增韧机制
【作者】梁艳;赵杰;王来;李凤敏
【作者单位】大连理工大学三束材料改性国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TB39
【相关文献】
1.贝壳珍珠层断裂过程的原位观察及其增韧机制分析 [J], 侯东芳;周根树;郑茂盛
2.ZrO2增韧Al2O3陶瓷的力学性能和增韧机制 [J], 任会兰;龙波;宁建国;褚亮
3.烧结温度对多机制耦合增韧Si3N4陶瓷微观组织及力学性能的影响 [J], 计富宝;
银锐明;李海艳;周晓波;谭凯铭
4.碳纳米管分散增强AlN基复合材料的力学性能及增韧机制研究 [J], 王娟;陈阳明;钱刚;凤仪
5.EB-PVD工艺制备Ti/Ti-Al微层板的力学性能与增韧机制研究 [J], 马李
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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。
奇异的仿生学智慧树知到答案章节测试2023年
仿生学发展简史1.选项所列出来的哪项产品与生物原型不相一致（）A:声呐-蝙蝠B:刀-贝壳C:自清洁涂料-荷叶D:魔术贴-刺果果实答案:A2.响尾蛇导弹是模拟响尾蛇热眼的热源探测功能，来探测追踪飞机尾部喷射的热源，从而尾随打击敌方飞机。
（）A:错B:对答案:B3.贝壳由绝大部分的碳酸钙和极少量的有机质构成，而阻止贝壳表面裂纹扩展的原因是无机材料的存在。
（）A:错B:对答案:A4.蜘蛛网的作用或特点包括如下（）A:极高的强韧性B:供蜘蛛生活栖息C:韧性极差D:蜘蛛捕食猎物答案:ABD5.以下因仿生健康需求而衍生的包括（）A:经络学B:五禽戏C:狩猎D:房屋建造E:麻沸散答案:ABE6.人类模拟蛙眼、猫眼、鹰眼、鱼眼、黄蜂眼等超强的视觉功能，开展视觉仿生研究，研制人工视网膜、读取装置、夜视仪、检测仪、人造眼等，是为了实现感知更强的仿生。
（）A:错B:对答案:B7.以下哪个不属于功能更优的仿生（）A:仿生皮肤传感器B:仿生抗疲劳器件C:仿生耐磨表面D:仿生自洁表面答案:A8.沙波纹不具有自修复和碰撞行为。
（）A:对B:错答案:B9.在仿生学的研究过程中，简单的形似模拟是少数，大多数是神似模拟。
（）A:错B:对答案:B10.仿生学研究的基础是（）A:仿生模本B:仿生模拟C:仿生需求D:仿生制品答案:A文体中的仿生应用1.蹲踞式起跑在（）年第一次出现。
A:1896B:1893C:1900D:1897答案:A2.蹲踞式起跑可以降低身体重心，能增强起跑、奔跑与跳跃时的冲力和向前的水平冲力。
（）A:对B:错答案:A3.决定跑步的速度的主要因素是（）A:前撑B:步幅C:步频D:后蹬答案:BC4.马在起跑的时候，蹄印通常都是后深前浅，并且蹄子和地面都保持一个角度，这样它在奔跑的时候向前水平分力就大。
（）A:错B:对答案:A5.跳蚤可以跳跃到自身长度100倍的高空中。
（）A:对B:错答案:A6.蝶泳技术是在蛙泳技术动作基础上演变而来的。
2019智慧树奇异的仿生学完整单元测试答案
仿生学的定义是哪年提出的？海豚游速慢的时候皮肤是粗糙的，游速快的时候是光滑的。
信息时代人与自然的关系是观察——灵感——模仿自然界中植物有150万种。
材料的结构包含可在妙状元．ｃｏｍ查看完整版答案科学的目的是求知与求真。
贝壳珍珠层的硬度是普通文石的2倍，韧性是普通文石的10000倍。
蜘蛛丝能支撑体重400倍的重物。
仿生需求包括仿生模本包括可在妙状元．ｃｏｍ查看完整版答案地面机械触土部件与土壤接触时面临的问题是蜣螂推滚粪球的部位是穿山甲能打洞、上树，还会游泳。
蚯蚓体外有一层体表液，形成一个多层界面系统，蚯蚓蠕动前行在荷叶具有自清洁效应是由于可在妙状元．ｃｏｍ查看完整版答案表面土壤动物减粘脱土功能的实现是由于其体表形态。
仿生电渗铲斗是模仿了蜣螂的体表电位特点制造的。
狡兔三窟中提到的历史人物有？刀是模仿了蚌壳和贝壳制造而成的。
可在妙状元．ｃｏｍ查看完整版答案滑翔机之父是奥托·李林塔尔。
海豚真皮层具有乳突结构。
响尾蛇能感知0.001℃的温度变化。
蜘蛛在天气变暖前开始吐丝织网。
春秋战国七雄争霸中蚕食战略的核心是远交近攻。
“三猛战术”为猛冲、猛追、猛击。
“狼群战术”就是在“在必要的时间、地点内，布置必要的兵力”。
孙子兵法中根据鸷鸟的战术特点，提出势险和节短的战术思想。
动物合群抗敌在防御战术上应用为“环形防御”。
苏德战争中使用了模仿变色龙变换颜色的防御战术。
狗在遇到敌人时，通常使用示弱的防御战术。
鳄鱼和燕千鸟是共生关系。
天然生物材料的特征之一就是成分简单结构复杂。
材料仿生的过程大致可分为仿生分析、仿生设计与仿生制造。
竹材中竹纤维由表及里呈现由疏向密的梯状分布。
以针叶树为例，木材从断面看，可分为早材与晚材。
贝壳的力学性能呈现各向异性的特征。
具有同样抗拉强度的骨骼与铸铁相比，重量轻三倍。
牙釉质是由纳米级的生物陶瓷材料组成。
荷叶效应是由德国波恩大学的Wilhelm Barthlott提出的。
玫瑰花瓣显示了具有低黏附的超疏水性。
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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贝壳的力学性能呈现各向异性的特征
贝壳的力学性能呈现各向异性的特征，这个说法是正确的。
贝壳的力学特性是其宏观结构的硬质属性和微观结构的辅助属性之间相互作用的宏观表现。
研究发现，珍珠层内部结构与人骨相似，是由有机质将纳米级颗粒状的无机矿物相互连接形成的晶片状结构，形成有机质和无机质的桥样结构。
即成为具有良好力学特性的珍珠层结构。
贝壳的力学特性主要受到裂纹偏转，纤维拨出及有机质桥接作用的影响，贝壳正是在多种因素，多维度的协同作用下，才表现出良好的力学特性。
因此，充分了解贝壳及其产物的力学特性，有助于高级贝壳工艺品和贝壳粉基建筑材料的开发。
贝壳由95%左右的CaCO3和5%左右的有机质组成。
研究发现，贝壳的形成是一种生物矿化过程，即以少量有机大分子为模板进行分子操作，高度有序地组合形成有机材料的过程。
研究表明，贝壳主要由无机相和有机相组成，无机相是约95～99.9%的CaCO3(方解石、文石、球霰石及非晶型) ，相同室温条件下，方解石是三种晶型中最稳定的形态，文石相对稳定，球霰石则最不稳定。