瘦长红珊瑚(corallium elatius)毫米-纳米多级结构特征研究

Corallium elatius , a long-lived colonial and sessile organism, is an emblematic species of Taiwan. In spite of detailed studies, the internal structure of the axial skeleton of Corallium elatius is not understood. In particular, the spatial relations between the physical structure and the chemistry remain in great part unexplored. The study will use different techniques, like SEM,HRTEM, to study how each hierarchical layer of Corallium elatius assembles into larger units. EBSD and TEM studies will show the degree of crystallographic misorientation between the building blocks. The approach of in situ analysis will be carried out by means of sputtering ion, decalcification and structural analysis techniques. The method is to observe the spatial distribution of organic framework, organic/inorganic interface spatial relationship in multi-level. The study is to understand a multiscale physico-chemistry characterization of mineral part of Corallium elatius and its three-dimensional architecture.

本研究以采自我国台湾地区的瘦长红珊瑚Corallium elatius为研究对象，利用离子刻蚀、化学刻蚀技术，结合多种微区分析技术，多取向截取观察面，构建从纳米到宏观尺度，Corallium elatius中有机基质与无机相的立体多级结构模型，在纳米尺度上阐明其结构组装。有关Corallium elatius微结构特征的研究既填补了生物矿物结构特征信息的空白， 又对于揭示其有机/无机成分在不同层次的嵌合规律具有重要意义。利用离子刻蚀、化学刻蚀等方法，揭示有机基质与无机相在不同层次的嵌合规律；结合先进的微区分析手段，从微观、亚微观到宏观不同结构层次，揭示研究对象结构特征，为全面深入了解该品种生物矿物奠定科学基础。

近年来，生物矿物的分级结构、纳米尺度的特征受到众多相关领域学者的密切关注。有机宝石材料——瘦长红珊瑚（Corallium elatius）的骨骼呈现多级有序的微结构组织。本课题从“原位”和“多级”出发，针对贵珊瑚样品，利用离子刻蚀、化学刻蚀技术，结合多种微区分析技术，多取向截取观察面，系统地构建Corallium elatius从毫米到纳米的立体多级结构模型，在纳米尺度上阐明其结构组装。并研究样品中有机质的分布规律，探讨晶内亚晶粒成核与晶内有机模板的关系。. 测试结果显示：（1）瘦长红珊瑚的颜色与有机质成分有关；（2）瘦长红珊瑚的多级结构首先是由有缺陷但具有一定定向性的纳米筹组成了亚微米单元；亚微米单元按一定方向排列形成了骨针单元；骨针单元的组合形成了片状单元；定向性近乎一致的片状单元沿界线（有机质）排列成了明暗相间的人字纹单元；人字纹单元以髓部为中心依次排列，形成了样品横截面的放射状纹理；（3）瘦长红珊瑚的每一级结构由更小尺度的结构单元组成，同时，多个同尺度单元又排列形成上一级结构。在这种多级嵌套结构中，每一级的结构单元具有几乎一致的定向性；（4）随着结构单元尺度的细化，结构单元的定向程度降低。研究揭示了生物成因方解石可以通过逐级的自组装形成最终的生物矿物结构；(5)在扫描电子显微镜的观察中还发现样品中有机质缺失的部位，方解石晶体的生长异常。样品中的有机质分布控制了无机成分的分布与排列。. 有关Corallium elatius微结构特征的研究既填补了生物矿物结构特征信息的空白，对于揭示其有机/无机成分在不同层次的嵌合规律具有重要意义。研究有助于深入认识瘦长红珊瑚的结构、阐明结构与各种性能的关系、提供贵珊瑚种间对比的信息和探索新型纳米材料在工业上的应用。目前还缺乏对瘦长红珊瑚各级结构单元中方解石定向性的研究，以及有机质对无机模块的控制机理的研究，相关的探索还有待进一步深入。