3.6 孔隙多变结构
——硅藻

硅藻是一种水生的单细胞生物，种类繁多，硅藻死后，它们坚固多孔的外壳-细胞壁也不会分解。

硅藻的形体极为微小，一般只有十几微米到几十微米。据有关资料记载，最小的硅藻只有1μm，最大的硅藻有3000~4000μm。图3-16展示了不同种类的硅藻。在不同水体（例如淡水、咸水）中，硅藻的组成也不同。在某些特定环境下，例如淡水、阳光充足、水中有大量的火山爆发后产生的二氧化硅可溶性硅质来源和富含二氧化硅的岩石经风化分解为可溶性硅质来源时，生活在水体中的硅藻能以惊人的速度生长繁殖，它们的遗骸沉积到水底被埋藏起来，当其堆积到一定厚度就成为目前常见的硅藻土。

每一个活的硅藻细胞都有上下两个壳，它的上壳比下壳稍大，互相扣合在一起构成一个硅藻细胞，如图3-17所示。

从硅藻中探寻微结构的启示，其实质上就是研究硅藻的壳壁。由于大量地气孔附着在硅藻的细胞壁上，使得硅藻具有坚固而又质量小的特点。无论是对硅藻的分类研究，还是对硅藻的应用研究，都是以研究硅藻壳体外形和壳壁上的结构变化为基础，包括硅藻壳壁的组成和壳壁上的各类微细结构，如孔纹、小刺和壳缝等 ^[17] ，部分硅藻微观结构如图3-18所示。

硅藻的壳壁很薄，厚度一般在0.001μm以下，由非晶质SiO ₂ 和果胶组成。硅藻的壳壁有内外两层，几乎所有硅藻的外层壳壁上都有呈不同形式排列的小孔，这些小孔有的穿过内层壳壁与内腔相通，有的则未穿过内层壳壁，这种差异是导致不同硅藻土具有不同特性的原因之一。硅藻壳壁上小孔形态、大小和排列方式的差异，是导致壳壁结构千变万化的主要原因。壳壁结构非常复杂，在此不能一一介绍，仅对三种主要孔纹（点纹、线纹和肋纹）进行讲述。

通过电子显微镜对硅藻壳壁上的这三类孔纹进行观察，发现这三类孔纹都由孔径大小不同的小孔组成。点纹是孔径较大、孔与孔间存在一定距离的小孔，在光学显微镜下观察时，这类小孔就呈现不同且互不相连的点纹。线纹实际上由一些孔径较小、排列较紧密的小孔组列而成，只是由于光学显微镜的分辨率所限，无法将它们分辨开，因此在显微镜下观察时，就被视为线纹。在扫描电子显微镜下观察，就可看到这类线纹是由微细小孔组列而成的。肋纹这一名称最初是专指羽纹藻属，壳面上呈羽纹状排列的粗壮线纹，之后通过电子显微镜观察发现这类纹饰由呈蜂窝状排列的微细小孔组成，将这类孔纹称之为蜂孔，蜂孔之间的硅质加厚处称为肋。这些孔纹虽然各式各样，但都是活着的硅藻细胞体内与外界生存条件，如水、养料、光合作用等的通道，这类结构也是硅藻分类的主要依据 ^[19，20] 。通过对上述三种硅藻壳壁的显微描述，不难发现，硅藻的微结构整体上具有多孔特征，就像木材和软木细胞壁那样。但是由于硅藻壳壁复杂、形式多样导致其不仅有蜂窝孔、排列孔，还有复杂无序的孔，从而使其具有不同的微结构特性和应用领域。

硅藻在许多领域都有所应用，可应用领域见表3-2。本书主要关心其微结构所带来的理化性质，从而指导人工微结构材料在各个领域中展开应用。