自然界中，许多生物矿物通过自身的矿化调控作用形成了具有有机无机结构的复合材料。而生物材料中有序的结构和精密的组装方式赋予了生物矿物独特的功能性。因此，生物材料具有比自身单纯组成化合物以及普通具有相似化学组成的人工材料明显优异的特性。其中，贝壳珍珠质由于其出色的力学性质引起了材料和化学等领域研究者的广泛关注，人们发现贝壳能够通过自身矿化调控形成高度有序的有机无机复合结构，其中无机相是碳酸钙，有机相则包括了几丁质，蛋白质以及一些生物大分子。

碳酸钙是自然界中存在最为广泛的矿物之一，它广泛存在于贝壳和珊瑚的生物矿物中。常温常压下碳酸钙具有中晶型：无定形碳酸钙，单水碳酸钙，六水碳酸碳酸钙，方解石，文石和球霰石。其中方解石，文石和球霰石是结晶形态的碳酸钙，而方解石和文石是最为广泛存在于生物矿物。同时，碳酸钙又是重要的无机化工基本原料之一。由于其具有原料丰富、生产工艺简单、能耗小、性能稳定等优点。

贝壳的结构分为三层，由外向内依次是角质层、棱柱层和珍珠层。最外层为角质层，很薄，主要由壳质蛋白构成，保护紧贴它的棱柱层免受水环境中某些离子的侵独。紧贴角质层内侧的是棱柱层，由垂直于贝壳壳面的极细的柱状方解石或文石晶体和有机质构成，小棱柱彼此平行，柱间嵌有有机基质。贝壳的最内层是珍珠质层，由文石碳酸钙小板片与层间的有机基质层层交叠而成，并且小板片的板面平行于贝壳的壳面。珍珠质层的断面结构显示出了明显的砖墙结构。

人们发现虽然贝壳珍珠层的组成中近 95% 是普通陶瓷碳酸钙，但其综合力学性能，特别是断裂韧性，比单相碳酸钙陶瓷高 2～3 个数量级。贝壳具有高级陶瓷的强度，这种特性是由其结构决定的。对贝壳珍珠层的结构研究表明，珍珠层内的文石晶体与有机基质交替叠层排列方式是造成裂纹偏转产生韧化的关键因素。在贝壳组成中的角质层、棱柱层与珍珠层中，有机基质层的强度较弱，对来自棱柱层的与贝壳表面垂直的裂纹，有机基质层易于诱导裂纹在其中偏转，从而阻止裂纹的穿透扩展，即向珍珠层扩展时受阻。因此，可以把珍珠层的结构抽象为软硬相交替的多层增韧结构。

正是这种有机无机复合结构赋予了贝壳出色的断裂韧性，强度，刚性和硬度，因此仿生贝壳复合材料的制备成为了不同领域工作者的研究重点。本实验采用层层叠加的方法制备周期性碳酸钙薄膜材料，得到仿海螺壳的周期性结构，提升其断裂韧性，对制备高性能材料的研究具有巨大的科学意义和应用价值。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备： 周期性重复棱的柱状和层状碳酸钙的有机无机结构

材料表征： XRD、SEM、纳米压痕、维氏硬度计

2.2 研究目标

1、依次在玻璃基底上生长棱柱状和层状碳酸钙；