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蜂窝结构由结构对称、紧密排列的六边形柱体有序组成，这种独特构造使结构本身能够分散承担更多外部载荷。相较于圆形和三角形结构，蜂窝结构抵抗外部挤压力的能力要高得多。它具有比强度高、比刚度高和稳定性好的特点。科学家受此启发，设计制造出高强度、轻重量且隔音隔热效果良好的蜂窝结构，广泛应用于航空航天领域。此外，蜂窝结构作为二维平面的最佳拓扑结构，在网络覆盖方面也得到广泛应用。
贝壳类生物，作为常见的软体腹足类和双壳类动物，其外部的壳是抵抗外界冲击的坚固盔甲，也是生物界常见的保护结构。软体动物的身体大多被外壳包裹，以此免受海洋中巨大潮汐力的作用，躲避天敌攻击。同时，其外壳具有良好的耐压耐磨性能，因而引起科研人员的普遍关注。
科研人员对贝壳的断面进行观察，发现壳由三层组成。最外层是主要成分为蛋白质的角质层；中间层为柱状方解石构成的棱柱层；内层是文石晶片层，即珍珠母层。最内层的珍珠母层有类似“砖 - 泥”交错排布的微观结构，文石晶片作为“砖块”起主要承载功能，晶片之间的有机物像泥灰一样起到粘接作用。
这种独特的微观结构赋予贝壳珍珠层优异的力学性能。科研人员深入研究后发现，它是一种典型的有机 - 无机复合材料，由95%的碳酸钙（文石晶体）和5%的生物高分子材料（主要成分是蛋白质和多糖）组成。尽管脆性的矿物质片层在贝壳珍珠层中含量极高，生物大分子材料含量很低，但其韧性却是单一硬物质片层组成结构的3000多倍。这种优异的力学韧性吸引了力学家和生物学家等领域的广泛关注。研究表明，珍珠层韧性的大幅提高源于其交错结构。在承受荷载时，硬物质错动时相互制约并吸收大量能量，大大提高了珍珠层的韧性。贝壳的珍珠母层结构强度和断裂韧度明显高于其单一组成成分，是一种具有多级结构且性能优异的天然生物结构材料。
经过数亿年的自然选择与进化，动植物体内形成了具有独特生物结构的复合材料。微观尺度的差异造就了它们自身优异的力学性能，这种生物进化的复杂程度归因于外部威胁（如食肉动物或潮汐冲击）施加的进化压力，从而提高了相应生物体的存活率。
生物的进化过程并非单一事件，而是随时间推移多次出现。每一种不同的软体动物壳微结构，如棱柱、珍珠层或交叉片层，都代表了一种进化，这种进化成功解决了生物体面临的困境。除了珍珠质结构，研究最深入的软体动物外壳结构还有其他非珍珠质外壳微结构，如均质、叶状、棱柱状、交叉层状和复杂交叉层状，这些结构可能为材料设计和合成带来新的灵感。
五种贝壳微观结构中，交叉片层微观结构最为常见，其断裂韧性在所有软体动物的贝壳微观结构中最高。凤凰螺作为腹足类贝壳动物，是交叉片层微观结构的代表种类。它生活在热带或亚热带海域，喜欢在温暖水域和浅海泥质或砾质海底活动，栖息环境从潮间带至浅海沙、泥沙和珊瑚礁环境均有。其独特的交叉片层结构使壳具有很好的韧性，在凤凰螺壳中已确定内部三种不同的层级结构。“三级片层”代表最低级别的组织结构，由精细的有机层分隔的板条状单晶文石或孪晶组成，这些晶体结合成多晶束，称为“二级片层”，这些多晶束的“二级片层”依次堆叠形成“一级片层”。
交叉片层微观结构具有卓越韧性，其原因引起众多研究人员关注。Osuna - Mascaró和S.Kamat等人研究了凤凰螺的组成成分和微观结构。结果表明，与其他贝壳相似，凤凰螺由矿物相和有机基质组成，内部具有层次化的交错层状结构。通过弯曲实验，S.Kamat等人发现，凤凰螺结构在低载荷作用下壳体外层出现多个微裂纹，而在高载荷下壳体较坚韧的中层出现裂纹桥联，大大提高了凤凰螺壳体的断裂功。因此，这种多层交叉层合结构在载荷作用下的裂纹扩展会消耗大量能量，这可能是凤凰螺具有中等强度和卓越韧性的重要原因。Scott等人进一步证实，凤凰螺的优异韧性与其独特的交叉层状结构密不可分，其中层级交错结构之间的裂纹偏转是耗能的关键因素。然而，以往研究多集中在凤凰螺材料的组成成分上，或主要对内部裂纹的扩展和材料的破坏机理进行分析，很少对这种典型的交错叠层结构的变形破坏以及强韧化机理进行深入分析。此外，天然凤凰螺壳体的内部结构相对固定，不可改变，这给探索代表性单元的结构参数对其材料力学性能的影响机理和优化策略带来挑战。
近些年来，随着科技迅猛发展，传统制作工艺，如铸造模具和手工加工，因加工周期长且掺杂人主观因素，在某些领域已不再占据优势。随着航空航天、轨道交通以及军事国防等领域对零件加工精度要求越来越高，3D打印的制造方法应运而生。3D打印技术，也被称为添加制造技术（AM），其制备的零件根据所需零件的几何尺寸直接在相应的数字化建模软件中构建，无需借助其他工具。该制造技术的优势在于能够制造出几何形状复杂的零件，无需因大规模生产而增加产品成本和时间损失，同时还能最大限度地减少产品开发周期和材料损耗。
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