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天然生物材料所具有的优异力学性能往往归功于其复杂巧妙的组织结构。天然生物材料的组织结构研究有望为人造材料的组织结构优化设计提供有益的启示，因此受到广泛关注。然而，尽管在人造材料中结构缺陷(如空位、位错、晶界、第二相夹杂等)对力学性能往往起到关键性的作用，但是目前针对天然生物材料的结构缺陷却尚未有系统报道。本研究选取典型生物陶瓷材料—双壳纲紫石房蛤贝壳作为研究对象，在多个连续尺度上对其组织结构进行了系统定量的表征。结果表明，具有周期性排列交叉叠片结构的贝壳中本征存在着跨越不同尺度的多级结构缺陷，其中多种缺陷在人造材料中往往有助于改善力学性能，如纳米孪晶、小角度晶界等。本研究进一步揭示了结构缺陷对力学性能的可能贡献，指出作为进化的产物以及生存环境影响的结果，天然生物材料中本征存在的多级结构缺陷并不一定会损害材料的力学性能，反而可能有利于提高性能，从而帮助生物体更好地实现特定功能。通过阐明天然生物材料中本征存在的多级结构缺陷及其对力学性能的可能贡献，本研究有望从仿生角度为人造材料的组织结构设计和性能改进提供指导。