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蜂窩結構由結構對稱、緊密排列的六邊形柱體有序組成，這種獨特構造使結構本身能夠分散承擔更多外部載荷。相較于圓形和三角形結構，蜂窩結構抵抗外部擠壓力的能力要高得多。它具有比強度高、比剛度高和穩定性好的特點。科學家受此啟發，設計制造出高強度、輕重量且隔音隔熱效果良好的蜂窩結構，廣泛應用于航空航天領域。此外，蜂窩結構作為二維平面的最佳拓撲結構，在網絡覆蓋方面也得到廣泛應用。
貝殼類生物，作為常見的軟體腹足類和雙殼類動物，其外部的殼是抵抗外界沖擊的堅固盔甲，也是生物界常見的保護結構。軟體動物的身體大多被外殼包裹，以此免受海洋中巨大潮汐力的作用，躲避天敵攻擊。同時，其外殼具有良好的耐壓耐磨性能，因而引起科研人員的普遍關注。
科研人員對貝殼的斷面進行觀察，發現殼由三層組成。最外層是主要成分為蛋白質的角質層；中間層為柱狀方解石構成的棱柱層；內層是文石晶片層，即珍珠母層。最內層的珍珠母層有類似“磚 - 泥”交錯排布的微觀結構，文石晶片作為“磚塊”起主要承載功能，晶片之間的有機物像泥灰一樣起到粘接作用。
這種獨特的微觀結構賦予貝殼珍珠層優異的力學性能。科研人員深入研究后發現，它是一種典型的有機 - 無機復合材料，由95%的碳酸鈣（文石晶體）和5%的生物高分子材料（主要成分是蛋白質和多糖）組成。盡管脆性的礦物質片層在貝殼珍珠層中含量極高，生物大分子材料含量很低，但其韌性卻是單一硬物質片層組成結構的3000多倍。這種優異的力學韌性吸引了力學家和生物學家等領域的廣泛關注。研究表明，珍珠層韌性的大幅提高源于其交錯結構。在承受荷載時，硬物質錯動時相互制約并吸收大量能量，大大提高了珍珠層的韌性。貝殼的珍珠母層結構強度和斷裂韌度明顯高于其單一組成成分，是一種具有多級結構且性能優異的天然生物結構材料。
經過數億年的自然選擇與進化，動植物體內形成了具有獨特生物結構的復合材料。微觀尺度的差異造就了它們自身優異的力學性能，這種生物進化的復雜程度歸因于外部威脅（如食肉動物或潮汐沖擊）施加的進化壓力，從而提高了相應生物體的存活率。
生物的進化過程并非單一事件，而是隨時間推移多次出現。每一種不同的軟體動物殼微結構，如棱柱、珍珠層或交叉片層，都代表了一種進化，這種進化成功解決了生物體面臨的困境。除了珍珠質結構，研究最深入的軟體動物外殼結構還有其他非珍珠質外殼微結構，如均質、葉狀、棱柱狀、交叉層狀和復雜交叉層狀，這些結構可能為材料設計和合成帶來新的靈感。
五種貝殼微觀結構中，交叉片層微觀結構最為常見，其斷裂韌性在所有軟體動物的貝殼微觀結構中最高。鳳凰螺作為腹足類貝殼動物，是交叉片層微觀結構的代表種類。它生活在熱帶或亞熱帶海域，喜歡在溫暖水域和淺海泥質或礫質海底活動，棲息環境從潮間帶至淺海沙、泥沙和珊瑚礁環境均有。其獨特的交叉片層結構使殼具有很好的韌性，在鳳凰螺殼中已確定內部三種不同的層級結構。“三級片層”代表最低級別的組織結構，由精細的有機層分隔的板條狀單晶文石或孿晶組成，這些晶體結合成多晶束，稱為“二級片層”，這些多晶束的“二級片層”依次堆疊形成“一級片層”。
交叉片層微觀結構具有卓越韌性，其原因引起眾多研究人員關注。Osuna - Mascaró和S.Kamat等人研究了鳳凰螺的組成成分和微觀結構。結果表明，與其他貝殼相似，鳳凰螺由礦物相和有機基質組成，內部具有層次化的交錯層狀結構。通過彎曲實驗，S.Kamat等人發現，鳳凰螺結構在低載荷作用下殼體外層出現多個微裂紋，而在高載荷下殼體較堅韌的中層出現裂紋橋聯，大大提高了鳳凰螺殼體的斷裂功。因此，這種多層交叉層合結構在載荷作用下的裂紋擴展會消耗大量能量，這可能是鳳凰螺具有中等強度和卓越韌性的重要原因。Scott等人進一步證實，鳳凰螺的優異韌性與其獨特的交叉層狀結構密不可分，其中層級交錯結構之間的裂紋偏轉是耗能的關鍵因素。然而，以往研究多集中在鳳凰螺材料的組成成分上，或主要對內部裂紋的擴展和材料的破壞機理進行分析，很少對這種典型的交錯疊層結構的變形破壞以及強韌化機理進行深入分析。此外，天然鳳凰螺殼體的內部結構相對固定，不可改變，這給探索代表性單元的結構參數對其材料力學性能的影響機理和優化策略帶來挑戰。
近些年來，隨著科技迅猛發展，傳統制作工藝，如鑄造模具和手工加工，因加工周期長且摻雜人主觀因素，在某些領域已不再占據優勢。隨著航空航天、軌道交通以及軍事國防等領域對零件加工精度要求越來越高，3D打印的制造方法應運而生。3D打印技術，也被稱為添加制造技術（AM），其制備的零件根據所需零件的幾何尺寸直接在相應的數字化建模軟件中構建，無需借助其他工具。該制造技術的優勢在于能夠制造出幾何形狀復雜的零件，無需因大規模生產而增加產品成本和時間損失，同時還能最大限度地減少產品開發周期和材料損耗。
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