對(duì)于善于從自然界中尋找靈感的材料科學(xué)家來說，一縷頭發(fā)比起其他神奇的事物看起來似乎算不上什么。但是你知道嗎？理論上講一頭秀發(fā)能拉起兩頭大象，還可以用來制作新型防彈衣呢！

    別小看區(qū)區(qū)一縷頭發(fā)，它的比強(qiáng)度（強(qiáng)度-重量比）其實(shí)非常大，而且一根頭發(fā)的延伸率能夠達(dá)到50%以上。我們的頭發(fā)可是有著獨(dú)一無二的開發(fā)潛力呢，或許以后可以應(yīng)用于制作未來防彈衣的新材料。在一項(xiàng)新研究中，加州大學(xué)圣地亞哥分校的科學(xué)家們對(duì)于人類頭發(fā)超常強(qiáng)韌且不易斷裂的關(guān)鍵機(jī)制進(jìn)行了深入探索。

    這項(xiàng)研究的第一作者，加州大學(xué)圣地亞哥分校機(jī)械工程系的Marc Meyers教授介紹道：“大自然的鬼斧神工創(chuàng)造了各種各樣神奇的材料或結(jié)構(gòu)，我們課題組所做的就是基于對(duì)天然生物材料結(jié)構(gòu)和性能之間關(guān)系的理解，研發(fā)比現(xiàn)有人造材料性能更加優(yōu)良的材料。”

    Meyers教授和他的團(tuán)隊(duì)主要研究人類頭發(fā)在納米水平的結(jié)構(gòu)以及頭發(fā)在不同機(jī)械條件下的表現(xiàn)，尤其是在被拉伸或做其他變形的時(shí)候。研究團(tuán)隊(duì)檢測(cè)了人類頭發(fā)的兩個(gè)主要組成部分的性能：一個(gè)是皮質(zhì)，由微小的平行纖維組成，而每個(gè)纖維由成千上萬的螺旋連接的α螺旋鏈分子組成；另一個(gè)是有著無定型結(jié)構(gòu)的基質(zhì)。

    研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)頭發(fā)被拉長(zhǎng)時(shí)，α螺旋鏈會(huì)解旋轉(zhuǎn)換為折疊片層結(jié)構(gòu)，從而使頭發(fā)能夠承受較大的拉力而不斷裂。而之后頭發(fā)會(huì)不會(huì)恢復(fù)原形，這就取決于拉力的大小了。當(dāng)拉力大于某一臨界值后再繼續(xù)拉伸，會(huì)使頭發(fā)的變形不可逆。研究人員還發(fā)現(xiàn)拉伸的速度也會(huì)產(chǎn)生影響，拉伸的速度越快，頭發(fā)就能承受越大的拉力。Meyers教授解釋道：“試聯(lián)想像蜂蜜那樣的高黏度物質(zhì)，如果你快速攪拌它，會(huì)受到非常大的阻力；但是如果你慢慢地?cái)嚢瑁蜁?huì)很容易流動(dòng)。”

    科學(xué)家們還研究了頭發(fā)在不同的溫度和濕度下的表現(xiàn)。研究結(jié)果顯示在較高的濕度下頭發(fā)能承受高達(dá)70%到80%的變形，明顯高于干燥頭發(fā)能夠承受的50%變形。這是因?yàn)椋ㄟ^進(jìn)入基質(zhì)，打破連接微小平行纖維的硫鍵，可以達(dá)到軟化的效果。不過，溫度并不是越高越好，當(dāng)溫度超過60℃（140° F）時(shí)，頭發(fā)會(huì)出現(xiàn)永久性的損傷，在較低的壓力和拉力下就會(huì)快速斷裂。

    目前研究團(tuán)隊(duì)就水對(duì)人類頭發(fā)特性的影響開展了進(jìn)一步的研究，將調(diào)查清洗頭發(fā)能夠使頭發(fā)恢復(fù)原有形狀的詳細(xì)機(jī)制。研究結(jié)果將有助于開發(fā)新型防彈衣，同時(shí)也有助于化妝品公司生產(chǎn)高級(jí)護(hù)發(fā)產(chǎn)品。

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責(zé)任編輯：劉洋

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