黑色鳃金龟鞘翅微结构及其纳米力学性能

杨志贤，刘泽华，戴振东

(1.江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013;2.南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所，江苏 南京 210016)

为满足工业及航空航天发展的需求，寻找轻质且满足多功能需求的先进复合材料成为新的发展和研究方向.经过长期进化形成的天然生物材料，因其具备优异的性能和独特的结构而备受人们的关注.如，东方蝼蛄前足爪趾的弹性模量为6.45 GPa，硬度为 0.21 GPa［1］;蜘蛛丝的强度为(0.8 ± 0.4)GPa［2］;蝗虫脚爪的强度为160 ～640 MPa［3］;东方龙虱鞘翅的强度为169～195 MPa，比强度为200～220 MPa·(g·cm－3)－1［4］;独角仙鞘翅采用了“三明治”式层合板结构，有强的韧性和抗剥离能力［5］.

本研究以黑色鳃金龟为研究对象，利用光学显微镜和扫描电镜观测其鞘翅微结构，借助纳米压痕仪测试鞘翅外表皮不同区域纳米力学性能，同时对比分析2种不同环境甲虫鞘翅的微结构和力学性能特性.

1 材料与方法

1.1 材 料

黑色鳃金龟(Sophrops)属鞘翅目金龟子科(Coleoptera:Scarabaeoidea)，采自江苏省睢丁县，体重为(1.12±0.05)g，鞘翅长为(11 ±0.4)mm.图 1 为黑色鳃金龟成虫形貌.

图1 黑色鳃金龟成虫形貌

1.2 扫描电镜试验及试样制备

鞘翅试样取自成虫活体.用超声波清洗2～3 min，去除表面灰尘及杂质颗粒;接着放入体积分数分别为75%，85%，95%的酒精溶液中各浸泡10 min进行脱水;最后经液氮冷冻1 h左右，用镊子在鞘翅观测部位掰断取样，并喷金处理完成试样制备.后期借助软件CorelDraw对SEM照片进行数据处理.

1.3 纳米力学性能测试

取样前用蒸馏水清洗前用棉签擦拭干净，去除新鲜鞘翅表面的杂质.试样 A，B，C，D，E和 F取自鞘翅不……