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Hierarchical structure of marine shell biomaterials: biomechanical functionalization of calcite by brachiopods

Schmahl, Wolfgang. W. und Griesshaber, Erika und Kelm, Klemens und Goetz, Andreas und Jordan, Guntram und Ball, Alexander und Xu, Dayin und Merkel, Casjen und Brand, Uwe (2012) Hierarchical structure of marine shell biomaterials: biomechanical functionalization of calcite by brachiopods. Zeitschrift für Kristallographie, 227, Seiten 793-804. Oldenbourg Verlag. doi: 10.1524/zkri.2012.1542. ISSN 2194-4946.

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Offizielle URL: http://www.oldenbourg-link.com/doi/abs/10.1524/zkri.2012.1542

Kurzfassung

Biologic structural materials for skeletons or teeth show a hierarchical architecture, where organic macromolecules and mineral substance form a hybrid composite material with its components inter-weaved on many length scales. On the nanostructure level brachiopods form hybrid composite mesocrystals of calcite with occluded organic molecules. On the microstructure level several types of materials are produced, on which the electron back-scatter diffraction (EBSD) technique gives insight in texture and architecture. We describe the calcite single-crystal fiber composite architecture of the secondary layer involving organic matrix membranes, the competitive- growth texture of the columnar layer and the nanostructuring of the primary layer. In the overall skeleton the organic biopolymers provide flexibility and tensile strength while the mineral provides a high elastic modulus, compressive strength, hardness and resistance to abrasion. The hierarchical composite architecture, from the nanostructure to the macroscopic level provides fracture toughness. The morphogenesis of the biomaterial as a whole and of the mineral crystals is guided by the organic matrix and most probably involves amorphous calcium carbonate (ACC) precursors. In this paper we review the hierarchical architecture of rhynchonelliform brachiopod shells, which is very distinct from mollusk nacre.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/78950/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Hierarchical structure of marine shell biomaterials: biomechanical functionalization of calcite by brachiopods
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schmahl, Wolfgang. W.GeoBioCenter LMU and Dept. of Ear th and Environmental Sciences, LMU Munich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Griesshaber, ErikaGeoBioCenter LMU and Dept. of Ear th and Environmental Sciences, LMU Munich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kelm, Klemens klemens.kelm (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Goetz, AndreasGeoBioCenter LMU and Dept. of Ear th and Environmental Sciences, LMU Munich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jordan, GuntramGeoBioCenter LMU and Dept. of Ear th and Environmental Sciences, LMU Munich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ball, AlexanderNatural History Museum, London, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Xu, DayinGeoBioCenter LMU and Dept. of Ear th and Environmental Sciences, LMU Munich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Merkel, CasjenGeoBioCenter LMU and Dept. of Ear th and Environmental Sciences, LMU Munich, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brand, UweDept. of Earth Sciences, Brock University, St. Catharines, Ontario, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:November 2012
Erschienen in:Zeitschrift für Kristallographie
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Ja
Band:227
DOI:10.1524/zkri.2012.1542
Seitenbereich:Seiten 793-804
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Antipov, EvgenyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bismaier, UlrichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Huppertz, HubertNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Petriceck, VaclavNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pöttgen, RainerNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmahl, WolfgangNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tiekink, EdwardNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhou, XiaodongNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Oldenbourg Verlag
ISSN: 2194-4946
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Biomineralization, Calcite, Texture, Raman spectroscopy, Hierarchical composite, Vital effect
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Starrflügler (alt)
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Starrflüglerforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturen & Werkstoffe (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Administrativ-Technische Betriebsleitung / Mikroanalytik und Metallographie
Hinterlegt von: Kelm, Dr. Klemens
Hinterlegt am:27 Nov 2012 09:20
Letzte Änderung:27 Nov 2012 09:20

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