天然贝壳珍珠层以其独特的微观结构、高强韧受到了人们的极大关注。贝壳珍珠层是由少量有机质和大量Ca CO3通过堆叠而成的复杂有序“砖-泥”结构,从而表现出优良的强韧性,因此贝壳珍珠层的微观结构已经成为制备高强韧复合材料的模型。本文以三角帆蚌贝壳珍珠层为研究对象,对贝壳珍珠层的微观结构、结构尺寸、成分物相、热稳定性、纳米压痕性能、三点弯曲性能、拉伸性能进行了系统的研究,也对比分析了热处理对贝壳珍珠层力学行为的影响,探讨了贝壳珍珠层微观结构与力学性能之间的关系。结果表明,珍珠层均由六边形文石晶片和有机质构成,其厚度为1000-2800μm,文石晶片的边长为1-4μm,厚度为200-700nm,珍珠层在贝壳中占绝对比重,文石晶片边长和厚度之比约为2-6倍。珍珠层弹性模量与硬度在0生长线上呈现中间高,两端低的趋势,新鲜珍珠层的弹性模量和硬度约为53GPa和2.9GPa;珍珠层抗弯强度和弯曲模量在0生长线上均呈现先增大后保持正弦波动,中后部抗弯强度和弯曲模量整体高于前部,新鲜珍珠层的平均抗弯强度为164MPa,弯曲模量为35GPa;珍珠层抗拉强度和拉伸模量在0生长线上均呈现先降低中部保持稳定不变,后部逐渐降低的变化趋势,新鲜珍珠层的平均拉伸强度为37.8MPa,拉伸模量为4.3GPa。热处理后珍珠层各项力学性能均出现明显降低,表明有机质含量虽低但必不可少。基于前面贝壳珍珠层的研究,本文提炼了贝壳珍珠层的结构要素,并建立了初级结构模型,进行了仿生贝壳珍珠层初级结构设计。采用真空扩散焊和熔融沉积成型技术分别制备出不同层厚比和长厚比的仿生贝壳珍珠层初级结构,重点研究了不同强材和软材层厚比对仿生贝壳珍珠层初级结构力学性能的影响,结果表明在不同层厚比结构中,随着强材和软材层厚比的增加,冲击韧性逐渐降低,抗弯强度逐渐升高,最佳层厚比为2:1,此时冲击韧性为168J/cm~2,抗弯强度为716MPa,与材料体积占比复合加权性能相比,抗弯强度仅降低4%,冲击韧性提升了63%;研究了不同强材单元长厚比对仿生贝壳珍珠层初级结构力学性能的影响,结果表明在不同长厚比结构中,随着强材单元的长厚比的增加,冲击韧性先增大后减小再增大,抗弯强度先增大后减小,最佳长厚比为2.5:1,此时冲击韧性为7.1J/cm~2,抗弯强度47MPa,与材料体积占比复合加权性能相比,抗弯强度仅降低2%,冲击韧性却提升了1.6倍。