贝壳经过千百年的进化通过自组装构筑出各种独特的结构,这些结构通常是工程材料所不具备的。例如,珍珠层结构存在于许多无脊椎软体动物贝壳中,以其优异的力学性能吸引了众多材料科学和工程学者的关注。褶纹冠蚌贝壳是一种具有层级结构的天然生物材料,本文以其作为研究对象,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热重分析仪、显微硬度计、压缩试验和三点弯曲试验对该贝壳材料的微观结构和力学性能及其两者的关联进行系统研究,为高性能结构材料的仿生设计提供有益的参考。通过对褶纹冠蚌贝壳表面和横截面的微观组织观察发现,室温下褶纹冠蚌贝壳是一种结构均匀、片层排布规律的“砖墙”型结构,片层排布平行于表面。同时贝壳内部存在着本征的结构缺陷,每个片层上都分布着尺寸不同、形状各异的片层结构。这些结构单元包括:片层塞集、“燕尾”结构、片层厚度不均以及天然孔洞等缺陷结构。对褶纹冠蚌贝壳进行X射线衍射（XRD）以及热动力学分析发现,产自淡水域的褶纹冠蚌贝壳是由单一的文石结构组成,其不同部位组成物相也相同。对比块状和粉末状样品的XRD结果发现,文石型碳酸钙晶体的择优取向为（002）晶面。分析结果表明,褶纹冠蚌贝壳中结合水的含量约占总质量的0.8%,而有机质的含量约占3.2%,其在200℃时开始分解。对褶纹冠蚌贝壳退火后的样品表面和横截面的微观组织观察发现,在100℃下退火30 min后,文石片层横截面方向开始出现小的孔洞。当温度在200℃退火处理30 min过程中能明显地闻到烧焦的羽毛味,证明在200℃时贝壳片层之间的有机基质已经失去活性,并且开始分解。贝壳内部片层与片层之间有空隙出现,片层横截面上孔洞数量增加,并且内部片层呈现松散状态。在300℃和400℃时,随着温度的升高横截面孔洞继续增多,表面开始出现宏观大裂纹。对褶纹冠蚌贝壳不同温度不同取向显微压痕进行了表征。结果表明,表面样品的硬度较侧面样品的硬度值高出～8.3%,说明贝壳珍珠质结构的显微硬度具有各向异性。压痕周围只出现了少量的微裂纹,并且在裂纹扩展过程中存在裂纹偏转和矿物桥等增韧机制。对100℃和200℃热处理后样品的表面进行进一步的硬度表征得出,100℃表面硬度值是200±9.7 HV,较室温下表面样品的硬度值降低了 16.5%。100℃样品的压痕边界出现了板片碎裂现象。而200 ℃的样品表面的压痕形貌呈现“坑状”形貌,硬度值很难测得。对比100℃和200℃的压痕形貌,说明有机质是影响珍珠质力学性能的主要因素。珍珠质结构的压缩行为仍然表现出各向异性的特点:当加载方向平行于片层方向时（A取向）,应力-应变曲线呈现锯齿状,说明在达到最大应力前就已经出现了裂纹,或局部开裂,甚至多次开裂;当加载方向垂直于片层方向时（B取向）,其抗压强度增高,断裂表现出脆断的特点。对A取向和B取向进行Weibull统计得出,B取向的抗压强度比A取向的抗压强度高出96%。通过对褶纹冠蚌贝壳样品不同温度下的三点弯曲测试发现,褶纹冠蚌贝壳的弯曲强度随着温度的升高而降低,200℃退火条件下样品的弯曲强度急剧减少,说明影响贝壳弯曲性能的主要因素为有机质。对断口的形貌观察发现,100℃退火断口比较平整,没有片层拔出现象。到200℃时,片层与片层之间以及片层自身的强度和韧性都有所降低,片层界面开裂现象明显,而且片层上面也有微裂纹产生。