鲤鱼鳞片断面的微观结构及纳米力学性能.pdfVIP

2006年 l1月 农 机 化 研 究 第 ll期 鲤鱼鳞 片断面 的微观结构及纳米力学性 能 高聚琼 ，陈东辉 ，孙霁宇 ，佟 金 (吉林大学 地面机械仿生技术教育部重点实验室，长春 130025) 摘 要：天然生物材料的研究逐渐从宏观转向微观，其微观结构将为人工材料的设计提供有益的参考。为 此，利用体视显微镜和三维激光扫描共聚焦显微镜观察了鲤鱼 (CyprinusCarpioHaematopterus)鳞片断 面的微观结构 ，并使用纳米力学测试系统测量了鳞片断面的纳米力学性能。结果表明。鳞片为层状复合结 构，且各层的纳米硬度值存在较大差异。 关键词：力学；层状结构；试验；鲤鱼鳞片；纳米性能 中图分类号 ：0344 文献标识码 ：A 文章编号 ：1003—188X(2006)11—0147—04 面粘液，在室温下将鳞片固定在环氧树脂内，并分 O 引言 别使鳞片的侧区一侧区断面 (断面 1)和前区一后 天然生物材料的精妙结构和优 良性能一直是人 区断面 (断面 2)平行于圆柱型树脂块上表面。两 工材料设计追求的极致 。为了满足生物学、医学和 断面到焦区中心的距离都为 3mm 。为了满足纳米 农业工程技术等科学领域的需求 ，研究者根据天然 力学 试 验对 样 品表 面 粗 糙度 的要 求 ，采 用 生物材料的结构特征和功能特性 ，设计了多种仿生 PHONEX／BETA型磨抛机对固定于环氧树脂中的样品 材料 ，使材料科学与工程科学有机地结合起来。仿 进行表面抛光处理，试样表面最终抛光度为 0．02— 生材料研究主要包括两个方面 ：一方面是根据工程 0．05 mo 现象或技术 问题 ，对相关的天然生物材料进行研究 ， 1．2 仪器及测试原理 探索其性能或功能与结构的关系，提取有效仿生信 1．2．1 纳米力学测试系统 息；另一方面是在天然生物材料研究的基础上 ，进 使用美 国 Hysitron公司生产的原位纳米力学 行相应的材料仿生设计和制造n·引。天然生物材料 测试系统测量鳞片断面的纳米力学性能 ，其加载载 的结构和性能的研究是仿生材料研究的基础。本工 荷最大可达 30mN，最小为 lOOnN，加载分辨率可小 作以鲤鱼鳞片为研究对象 ，利用共聚焦显微镜和体 于 lnN。纵 向位移步长 13nm，热漂移小于 0．05nm／s， 视显微镜观察了鳞片断面材料的微观结构，并对鳞 具有原位成像和原位声发射检测功能。 片断面进行了纳米力学性能测试 。 采用压痕法进行纳米硬度 的测量。利用纳米力 学测试系统测得的固体材料典型的载荷一压痕深度 1 试验材料及方法 曲线 ，如图 1所示。 1．1 试验材料及预处理 鳞片取 自于东北鲤鱼 ，鱼体重为 749．Og，体长 为 30．5cm。全长为 37．0cm，体高为 10．2cm。东北 4 鲤属于硬骨鱼纲 、鲤形 目、鲤科 ，其鳞片 属于骨 鳞中的圆鳞，表面分为前区、后区、左和右侧区 4 a- dP 撂 d^